C++ 中 volatile 的使用

1、做用

volatile的做用是： 做爲指令關鍵字，確保本條指令不會因編譯器的優化而省略，且要求每次直接讀值.

 

簡單地說就是防止編譯器對代碼進行優化.好比以下程序：
XBYTE[2]=0x55;
XBYTE[2]=0x56;
XBYTE[2]=0x57;
XBYTE[2]=0x58;
對外部硬件而言，上述四條語句分別表示不一樣的操做，會產生四種不一樣的動做，可是編譯器卻會對上述四條語句進行優化，認爲只有XBYTE[2]=0x58（即忽略前三條語句，只產生一條機器代碼）。若是鍵入volatile，則編譯器會逐一的進行編譯併產生相應的機器代碼（產生四條代碼）.

 

2、volatile 的含義
     volatile老是與優化有關，編譯器有一種技術叫作數據流分析，分析程序中的變量在哪裏賦值、在哪裏使用、在哪裏失效，分析結果能夠用於常量合併，常量傳播等優化，進一步能夠死代碼消除。但有時這些優化不是程序所須要的，這時能夠用volatile關鍵字禁止作這些優化，volatile的字面含義是易變的，它有下面的做用： 
 1 不會在兩個操做之間把volatile變量緩存在寄存器中。在多任務、中斷、甚至setjmp環境下，變量可能被其餘的程序改變，編譯器本身沒法知道，volatile就是告訴編譯器這種狀況。
2 不作常量合併、常量傳播等優化，因此像下面的代碼： 
volatile int i = 1; 
if (i > 0) ... 
if的條件不會看成無條件真。 
3 對volatile變量的讀寫不會被優化掉。若是你對一個變量賦值但後面沒用到，編譯器經常能夠省略那個賦值操做，然而對Memory Mapped IO的處理是不能這樣優化的。 
    前面有人說volatile能夠保證對內存操做的原子性，這種說法不大準確，其一，x86須要LOCK前綴才能在SMP下保證原子性，其二，RISC根本不能對內存直接運算，要保證原子性得用別的方法，如atomic_inc。 
    對於jiffies，它已經聲明爲volatile變量，我認爲直接用jiffies++就能夠了，不必用那種複雜的形式，由於那樣也不能保證原子性。 
    你可能不知道在Pentium及後續CPU中，下面兩組指令 
inc jiffies 
;; 
mov jiffies, %eax 
inc %eax 
mov %eax, jiffies 
做用相同，但一條指令反而不如三條指令快。
3、編譯器優化 → C關鍵字volatile → memory破壞描述符zz

    「memory」比較特殊，多是內嵌彙編中最難懂部分。爲解釋清楚它，先介紹一下編譯器的優化知識，再看C關鍵字volatile。最後去看該描述符。 
一、編譯器優化介紹 
     內存訪問速度遠不及CPU處理速度，爲提升機器總體性能，在硬件上引入硬件高速緩存Cache，加速對內存的訪問。另外在現代CPU中指令的執行並不必定嚴格按照順序執行，沒有相關性的指令能夠亂序執行，以充分利用CPU的指令流水線，提升執行速度。以上是硬件級別的優化。再看軟件一級的優化：一種是在編寫代碼時由程序員優化，另外一種是由編譯器進行優化。編譯器優化經常使用的方法有：將內存變量緩存到寄存器；調整指令順序充分利用CPU指令流水線，常見的是從新排序讀寫指令。對常規內存進行優化的時候，這些優化是透明的，並且效率很好。由編譯器優化或者硬件從新排序引發的問題的解決辦法是在從硬件（或者其餘處理器）的角度看必須以特定順序執行的操做之間設置內存屏障（memory barrier），linux 提供了一個宏解決編譯器的執行順序問題。 
void Barrier(void) 
     這個函數通知編譯器插入一個內存屏障，但對硬件無效，編譯後的代碼會把當前CPU寄存器中的全部修改過的數值存入內存，須要這些數據的時候再從新從內存中讀出。 
二、C語言關鍵字volatile 
     C語言關鍵字volatile（注意它是用來修飾變量而不是上面介紹的__volatile__）代表某個變量的值可能在外部被改變，所以對這些變量的存取不能緩存到寄存器，每次使用時須要從新存取。該關鍵字在多線程環境下常用，由於在編寫多線程的程序時，同一個變量可能被多個線程修改，而程序經過該變量同步各個線程，例如： 
DWORD __stdcall threadFunc(LPVOID signal) 
{ 
int* intSignal=reinterpret_cast<int*>(signal); 
*intSignal=2; 
while(*intSignal!=1) 
sleep(1000); 
return 0; 
} 
     該線程啓動時將intSignal 置爲2，而後循環等待直到intSignal 爲1 時退出。顯然intSignal的值必須在外部被改變，不然該線程不會退出。可是實際運行的時候該線程卻不會退出，即便在外部將它的值改成1，看一下對應的僞彙編代碼就明白了： 
mov ax,signal 
label: 
if(ax!=1) 
goto label 
     對於C編譯器來講，它並不知道這個值會被其餘線程修改。天然就把它cache在寄存器裏面。記住，C 編譯器是沒有線程概念的！這時候就須要用到volatile。volatile 的本意是指：這個值可能會在當前線程外部被改變。也就是說，咱們要在threadFunc中的intSignal前面加上volatile關鍵字，這時候，編譯器知道該變量的值會在外部改變，所以每次訪問該變量時會從新讀取，所做的循環變爲以下面僞碼所示： 
label: 
mov ax,signal 
if(ax!=1) 
goto label 
三、Memory 
      有了上面的知識就不難理解Memory修改描述符了，Memory描述符告知GCC： 
1）不要將該段內嵌彙編指令與前面的指令從新排序；也就是在執行內嵌彙編代碼以前，它前面的指令都執行完畢 
2）不要將變量緩存到寄存器，由於這段代碼可能會用到內存變量，而這些內存變量會以不可預知的方式發生改變，所以GCC插入必要的代碼先將緩存到寄存器的變量值寫回內存，若是後面又訪問這些變量，須要從新訪問內存。 
     若是彙編指令修改了內存，可是GCC 自己卻察覺不到，由於在輸出部分沒有描述，此時就須要在修改描述部分增長「memory」，告訴GCC 內存已經被修改，GCC 得知這個信息後，就會在這段指令以前，插入必要的指令將前面由於優化Cache 到寄存器中的變量值先寫回內存，若是之後又要使用這些變量再從新讀取。 
     使用「volatile」也能夠達到這個目的，可是咱們在每一個變量前增長該關鍵字，不如使用「memory」方便。

 

  參考文章：

一、http://baike.baidu.com/link?url=yMf2TWgeCi-7GzJzwdcHGwSA1XM-wrgPmxjb5TTDyVviLCziUJQ747BI384Pd7RaB5GZxRaMwhuuFkzwcaNit_

二、http://www.cnblogs.com/yc_sunniwell/archive/2010/06/24/1764231.html