什么时候使用 volatile 关键字?

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发布于: 2020 年 06 月 10 日
什么时候使用volatile关键字?

想必大家平时都见过volatile关键字,可是你知道什么时候需要使用volatile关键字吗?

直接看下面代码:

int a = 100;
while (a == 100) {
// code
}

这段程序编译时,如果编译器发现程序始终没有企图改变a的值,那它可能就会优化这段代码,变成while(true)的死循环使得程序执行的更快,然而编译器有时候也会做过度优化,它有时候可能没有意识到程序会改变a的值,却做了这种优化导致程序没有产生预期的行为。

这里为了产生预期的行为,需要阻止编译器做这种优化,可以使用volatile关键字修饰。

volatile int a = 100;

volatile关键字和const关键字相对应,const关键字告诉编译器其修饰的变量是只读的,编译器根据只读属性做一些操作,而volatile关键字告诉编译器其修饰的变量是易变的,同理编译器根据易变属性也会做一些操作。它会确保修饰的变量每次都读操作都从内存里读取,每次写操作都将值写到内存里。volatile关键字就是给编译器做个提示,告诉编译器不要对修饰的变量做过度的优化,提示编译器该变量的值可能会以其它形式被改变。

volatile修饰结构体时,结构体的成员也是volatile的吗?

struct A {
int data;
};
volatile A a;
const A b;

答案是结构体内所有的都是volatile,引用c++标准里的一句话:

[Note: volatile is a hint to the implementation to avoid aggressive optimization involving the object because the value of the object might be changed by means undetectable by an implementation. See 1.9 for detailed semantics. In general, the semantics of volatile are intended to be the same in C + + as they are in C. ]

这里大体可以理解为一个对象是volatile,那对象里所有的成员也都是volatile。其实const和volatile可以理解为是硬币的两面,我们经常听到看到传说中的CV修饰词就是const和volatile关键字。

volatile可以保证原子性吗?

想必大家都知道答案,volatile只保证内存可见性,不能保证操作是原子的,拿i++举例:

volatile int i = 0;
i++; // i = i + 1

i++ 相当于i=i+1,而i=i+1其实可以分解为好几步:

  • 先读取i的值到tmp

  • 增加tmp的值

  • 把tmp的值写回到i的地址里

而volatile只能保证内存可见,可以理解为上述三步中的每一步都是原子的,但是三步合起来却不一定是原子的,因为在多线程中三步中间可能插入一些其它操作改变了预期的行为,所以volatile不能用在多线程中,多线程中的原子操作还是需要使用atomic。单例的double check方法中instance变量为什么需要使用volatile修饰也是这个原理。

小总结

volatile不能解决任何多线程安全问题,针对特种内存才需要使用volatile,它和atomic的特点如下:

  • std::atomic用于多线程访问的数据,且不用互斥量,用于并发编程中

  • volatile用于读写操作不可以被优化掉的内存,用于特种内存中,而且它只有这一个作用

参考资料

https://stackoverflow.com/questions/4437527/why-do-we-use-volatile-keyword

https://stackoverflow.com/questions/72552/why-does-volatile-exist

https://stackoverflow.com/questions/4479597/does-making-a-struct-volatile-make-all-its-members-volatile/4479652

https://stackoverflow.com/questions/19744508/volatile-vs-atomic

https://blog.csdn.net/bdss58/article/details/44813597

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