1.为什么用volatile?
C/C++ 中的 volatile 关键字和 const 对应,用来修饰变量,通常用于建立语言级别的 memory barrier。这是 BS 在 “The C++ Programming Language” 对 volatile 修饰词的说明:
A volatile specifier is a hint to a compiler that an object may change its value in ways not specified by the language so that aggressive optimizations must be avoided.
volatile int i = 10;
int a = i;
… …
// 其他代码,并未明确告诉编译器,对 i 进行过操作
int b = i;
volatile 指出 i 是随时可能发生变化的,每次使用它的时候必须从 i的地址中读取,因而编译器生成的汇编代码会重新从i的地址读取数据放在 b 中。而优化做法是,由于编译器发现两次从 i读数据的代码之间的代码没有对 i 进行过操作,它会自动把上次读的数据放在 b 中。而不是重新从 i 里面读。这样以来,如果 i是一个寄存器变量或者表示一个端口数据就容易出错,所以说 volatile 可以保证对特殊地址的稳定访问。注意,在 VC 6 中,一般调试模式没有进行代码优化,所以这个关键字的作用看不出来。下面通过插入汇编代码,测试有无 volatile 关键字,对程序最终代码的影响:
输入下面的代码:
i = 10
i = 32
然后,在 Release 版本模式运行程序,输出结果如下:
i = 10
i = 10
输出的结果明显表明,Release 模式下,编译器对代码进行了优化,第二次没有输出正确的 i 值。下面,我们把 i 的声明加上 volatile 关键字,看看有什么变化:
这分别在 Debug 和 Release 版本运行程序,输出都是:
i = 10
i = 32
这说明这个 volatile 关键字发挥了它的作用。其实不只是“内嵌汇编操纵栈”这种方式属于编译无法识别的变量改变,另外更多的可能是多线程并发访问共享变量时,一个线程改变了变量的值,怎样让改变后的值对其它线程 visible。一般说来,volatile用在如下的几个地方:
- 中断服务程序中修改的供其它程序检测的变量需要加volatile;
- 多任务环境下各任务间共享的标志应该加volatile;
- 存储器映射的硬件寄存器通常也要加volatile说明,因为每次对它的读写都可能由不同意义;
2.volatile 指针
和 const 修饰词类似,const 有常量指针和指针常量的说法,volatile 也有相应的概念:
修饰由指针指向的对象、数据是 const 或 volatile 的:
const char* cpch;
volatile char* vpch;
注意:对于 VC,这个特性实现在 VC 8 之后才是安全的。
指针自身的值——一个代表地址的整数变量,是 const 或 volatile 的:
char* const cpch;
char* volatile vpch;
注意:1. 可以把一个非volatile int赋给volatile int,但是不能把非volatile对象赋给一个volatile对象。2. 除了基本类型外,对用户定义类型也可以用volatile类型进行修饰。3. C++中一个有volatile标识符的类只能访问它接口的子集,一个由类的实现者控制的子集。用户只能用const_cast来获得对类型接口的完全访问。此外,volatile向const一样会从类传递到它的成员。
- 多线程下的volatile
有些变量是用volatile关键字声明的。当两个线程都要用到某一个变量且该变量的值会被改变时,应该用volatile声明,该关键字的作用是防止优化编译器把变量从内存装入CPU寄存器中。如果变量被装入寄存器,那么两个线程有可能一个使用内存中的变量,一个使用寄存器中的变量,这会造成程序的错误执行。volatile的意思是让编译器每次操作该变量时一定要从内存中真正取出,而不是使用已经存在寄存器中的值,如下: