volatile 关键字

就象你们更熟悉的const同样，volatile是一个类型修饰符（type specifier）。它是被设计用来修饰被不一样线程访问和修改的变量。若是没有volatile，基本上会致使这样的结果：要么没法编写多线程程序，要么编译器失去大量优化的机会。

      一个定义为volatile的变量是说这变量可能会被意想不到地改变，这样，编译器就不会去假设这个变量的值了。精确地说就是，优化器在用到这个变量时必须每次都当心地从新读取这个变量的值，而不是使用保存在寄存器里的备份。下面是volatile变量的几个例子：

　　1). 并行设备的硬件寄存器（如：状态寄存器） 

　　2). 一个中断服务子程序中会访问到的非自动变量(Non-automatic variables) 

　　3). 多线程应用中被几个任务共享的变量

 

　　1). 一个参数既能够是const还能够是volatile吗？解释为何。

　　2). 一个指针能够是volatile 吗？解释为何。 

　　3). 下面的函数有什么错误：

　　int square(volatile int *ptr)

　　{

　　return *ptr * *ptr;

　　}

 

　　下面是答案：

　　1). 是的。一个例子是只读的状态寄存器。它是volatile由于它可能被意想不到地改变。它是const由于程序不该该试图去修改它。

　　2). 是的。尽管这并不很常见。一个例子是当一个中断服务子程序修改一个指向一个buffer的指针时。

　　3). 这段代码是个恶做剧。这段代码的目的是用来返指针*ptr指向值的平方，可是，因为*ptr指向一个volatile型参数，编译器将产生相似下面的代码：

　　int square(volatile int *ptr)

　　{

　　　　int a,b;

　　　　a = *ptr;

　　　　b = *ptr;

　　　　return a * b;

　　}

　　因为*ptr的值可能被意想不到地该变（并非由于是volatile才可能被意想不到的被改变，而是由于肯被意想不到的被改变才定义为volatile），所以a和b多是不一样的。结果，这段代码可能返不是你所指望的平方值！正确的代码以下：

　　long square(volatile int *ptr)

　　{

　　　　int a;

　　　　a = *ptr;

　　　　return a * a;

　　}

  关键在于两个地方：

 

1. 编译器的优化 (请高手帮我看看下面的理解)

    在本次线程内, 当读取一个变量时，为提升存取速度，编译器优化时有时会先把变量读取到一个寄存器中；之后，再取变量值时，就直接从寄存器中取值；

　当变量值在本线程里改变时，会同时把变量的新值copy到该寄存器中，以便保持一致

　当变量在因别的线程等而改变了值，该寄存器的值不会相应改变，从而形成应用程序读取的值和实际的变量值不一致

　当该寄存器在因别的线程等而改变了值，原变量的值不会改变，从而形成应用程序读取的值和实际的变量值不一致

 

2. 在什么状况下会出现(如1楼所说)

　　1). 并行设备的硬件寄存器（如：状态寄存器）

　　2). 一个中断服务子程序中会访问到的非自动变量(Non-automatic variables)

　　3). 多线程应用中被几个任务共享的变量

　　补充： volatile应该解释为“直接存取原始内存地址”比较合适，“易变的”这种解释简直有点误导人；

　　“易变”是由于外在因素引发的，象多线程，中断等，并非由于用volatile修饰了的变量就是“易变”了，假如没有外因，即便用volatile定义，它也不会变化；

　　而用volatile定义以后，其实这个变量就不会因外于是变化了，能够放心使用了

 

　　－－－－－－－－－－－－简明示例以下：－－－－－－－－－－－－－－－－－－

 

　　volatile关键字是一种类型修饰符，用它声明的类型变量表示能够被某些编译器未知的因素更改，好比：操做系统、硬件或者其它线程等。遇到这个关键字声明的变量，编译器对访问该变量的代码就再也不进行优化，从而能够提供对特殊地址的稳定访问。 

　　使用该关键字的例子以下：

　　int volatile nVint;

　　>>>>当要求使用volatile 声明的变量的值的时候，系统老是从新从它所在的内存读取数据，即便它前面的指令刚刚从该处读取过数据。并且读取的数据马上被保存。

　　例如：

　　volatile int i=10;

　　int a = i;

　　...

　　//其余代码，并未明确告诉编译器，对i进行过操做

　　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，于是编译器生成的汇编代码会从新从i的地址读取数据放在b中。而优化作法是，因为编译器发现两次从i读数据的代码之间的代码没有对i进行过操做，它会自动把上次读的数据放在b中。而不是从新从i里面读。这样以来，若是i是一个寄存器变量或者表示一个端口数据就容易出错，因此说volatile能够保证对特殊地址的稳定访问。

　　>>>>注意，在vc6中，通常调试模式没有进行代码优化，因此这个关键字的做用看不出来。下面经过插入汇编代码，测试有无volatile关键字，对程序最终代码的影响：

　　void main()

　　{

　　int i=10;

　　int a = i;

　　printf("i= %d",a);

　　//下面汇编语句的做用就是改变内存中i的值，可是又不让编译器知道

　　__asm {

　　mov dword ptr [ebp-4], 20h

　　}

　　int b = i;

　　printf("i= %d",b);

　　}

　而后，在调试版本模式运行程序，输出结果以下：

  　  i = 10

　　i = 32

　而后，在release版本模式运行程序，输出结果以下：

　　i = 10

　　i = 10

　　输出的结果明显代表，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，咱们把 i的声明加上volatile关键字，看看有什么变化：

　　void main()

　　{

　　volatile int i=10;

　　int a = i;

  　　printf("i= %d",a);

　　__asm { 

　　mov dword ptr [ebp-4], 20h 

　　} 

　　int b = i; 

　　printf("i= %d",b); 

　　}

　　分别在调试版本和release版本运行程序，输出都是：

　　i = 10

　　i = 32

　　这说明这个关键字发挥了它的做用！

 

volatile对应的变量可能在你的程序自己不知道的状况下发生改变

　　好比多线程的程序，共同访问的内存当中，多个程序均可以操纵这个变量

　　你本身的程序，是没法断定什么时候这个变量会发生变化

　　还好比，他和一个外部设备的某个状态对应，当外部设备发生操做的时候，经过驱动程序和中断事件，系统改变了这个变量的数值，而你的程序并不知道。

　　对于volatile类型的变量，系统每次用到他的时候都是直接从对应的内存当中提取，而不会利用cache当中的原有数值，以适应它的未知什么时候会发生的变化，系统对这种变量的处理不会作优化——显然也是由于它的数值随时均可能变化的状况。

 

典型的例子

　　for ( int i=0; i<100000; i++);

　　这个语句用来测试空循环的速度的　　　　可是编译器确定要把它优化掉，根本就不执行

　　若是你写成

　　for ( volatile int i=0; i<100000; i++);　　它就会执行了

　　volatile的本意是“易变的”，因为访问寄存器的速度要快过RAM，因此编译器通常都会做减小存取外部RAM的优化。好比：

static int i=0;
int main(void) 
{
　　...
　　while (1)
　　{
　　　　if (i) dosomething(); 
　　} 
}

 
/* Interrupt service routine. */

void ISR_2(void)
{
　　i=1;
}

　　程序的本意是但愿ISR_2中断产生时，在main当中调用dosomething函数，可是，因为编译器判断在main函数里面没有修改过i，所以可能只执行一次对从i到某寄存器的读操做，而后每次if判断都只使用这个寄存器里面的“i副本”，致使dosomething永远也不会被调用。若是将将变量加上volatile修饰，则编译器保证对此变量的读写操做都不会被优化（确定执行）。此例中i也应该如此说明。

　　通常说来，volatile用在以下的几个地方：

　　一、中断服务程序中修改的供其它程序检测的变量须要加volatile；

　　二、多任务环境下各任务间共享的标志应该加volatile；

　　三、存储器映射的硬件寄存器一般也要加volatile说明，由于每次对它的读写均可能由不一样意义；

 

　　另外，以上这几种状况常常还要同时考虑数据的完整性（相互关联的几个标志读了一半被打断了重写），在1中能够经过关中断来实现，2中能够禁止任务调度，3中则只能依靠硬件的良好设计了。

　　考虑下面的代码：

class Gadget
{
public:
　　void Wait()
　　{
　　    while (!flag_)
        {
              Sleep(1000); // sleeps for 1000 milliseconds
        }
     }

　　void Wakeup()
　　{
　　    flag_ = true;
　　}
 
private:
　　bool flag_;
};        

　　上面代码中Gadget::Wait的目的是每过一秒钟去检查一下flag_成员变量，当flag_被另外一个线程设为true时，该函数才会返回。至少这是程序做者的意图，然而，这个Wait函数是错误的。

　　假设编译器发现Sleep(1000)是调用一个外部的库函数，它不会改变成员变量flag_，那么编译器就能够判定它能够把flag_缓存在寄存器中，之后能够访问该寄存器来代替访问较慢的主板上的内存。这对于单线程代码来讲是一个很好的优化，可是在如今这种状况下，它破坏了程序的正确性：当你调用了某个Gadget的Wait函数后，即便另外一个线程调用了Wakeup，Wait仍是会一直循环下去。这是由于flag_的改变没有反映到缓存它的寄存器中去。编译器的优化未免有点太……乐观了。

　　在大多数状况下，把变量缓存在寄存器中是一个很是有价值的优化方法，若是不用的话很惋惜。C和C++给你提供了显式禁用这种缓存优化的机会。若是你声明变量是使用了volatile修饰符，编译器就不会把这个变量缓存在寄存器里——每次访问都将去存取变量在内存中的实际位置。这样你要对Gadget的Wait/Wakeup作的修改就是给flag_加上正确的修饰：

class Gadget
{
public:
　　... as above ...
 
private:
　　volatile bool flag_;
};