据我所知，编译器从不优化声明为volatile的变量。但是，我有一个声明如下的数组。
volatile long array[8];
有不同的线程读取和写入这个数组。数组的一个元素只会被一个线程修改，而可以被任何其他线程读取。但是，在某些情况下，我注意到即使我从一个线程中修改了一个元素，读取它的线程也没有注意到更改。它仍然继续读取相同的旧值，好像编译器已经把它缓存到某个地方了。但是，编译器原则上不应该缓存一个volatile变量，对吗？那么为什么会发生这种情况呢？
注意：我不是使用volatile进行线程同步，请不要给我提供使用锁或原子变量等答案。我知道volatile、原子变量和互斥锁之间的区别。还要注意的是，架构是具有主动缓存一致性的x86。而且在另一个线程修改变量后，我已经长时间读取过这个变量。即使经过很长时间后，读取线程仍然看不到修改后的值。
但编译器原则上不应缓存易失性变量，对吗？
不，原则上编译器必须每次读写变量时都读/写变量的地址。
[编辑：至少，在实现认为该地址的值是“可观察”的点之前，它必须这样做。如Dietmar在他的答案中指出的那样，实现可能声明普通内存“无法被观察”。这将使使用调试器、mprotect或标准范围之外的其他内容的人感到惊讶，但原则上它是符合规范的。]
在不考虑线程的C++03中，当运行在一个线程中时，“访问地址”的定义由实现定义。像这样的细节称为“内存模型”。例如，Pthreads允许每个线程缓存整个内存，包括易失性变量。我IRC，MSVC提供了一个保证，即适当大小的易失性变量是原子的，并且它将避免缓存（相反，它将刷新到所有核心的单个一致缓存）。它提供这种保证的原因是因为在英特尔上这是相对便宜的——Windows只关心基于英特尔的架构，而Posix关注更奇特的东西。
C++11为线程定义了一个内存模型，并且它说这是数据竞争（即，volatile 不保证读取在一个线程中与写入在另一个线程中按顺序排列）。两个访问可以按特定顺序排序、无序排序（标准可能会说“不确定的顺序”，我记不清了）或根本不排序。根本不排序是不好的——如果两个未排序的访问中的任何一个是写入，则行为是未定义的。
关键在于“然后”这个暗示，即“我从一个线程中修改一个元素，然后在读取它的线程中没有注意到这个修改”。你假设操作是按顺序排列的，但事实并非如此。就读线程而言，除非使用某种形式的同步，否则另一个线程中的写入尚未发生。实际上，情况比这更糟——你可能会认为从我刚才写的内容来看，只有操作顺序是未指定的，但实际上，具有数据竞争的程序的行为是未定义的。
C
volatile的作用：
volatile并不能：
volatile可能做也可能不做：
使用 volatile 只能保证在使用变量的值时重新读取它。它不能保证不同层次结构中存在的不同值/表示是一致的。
如果要具有这样的保障，您需要使用 C11 和 C++1 中与原子访问和内存屏障相关的新实用程序。许多编译器已经以扩展形式实现了这些功能。例如，gcc 家族（clang、icc 等）有以前缀 __sync 开头的内建函数来实现这些操作。
atomic<int> 发出的汇编代码并不会做任何事情来确保其他线程可以看到你的存储。这总是发生的。一个 seq-cst 存储将使当前线程等待直到其他加载/存储完成，然后再继续进行其他加载/存储操作。 - Peter CordesVolatile关键字仅保证编译器不会将此变量用作寄存器。因此，对该变量的每次访问都将读取内存位置。现在，我假设您的架构中有多个处理器之间的高速缓存一致性。因此，如果一个处理器写入并且另一个处理器读取它，则在正常情况下应该是可见的。但是，您应该考虑边界情况。假设变量在一个处理器核心的流水线中，并且其他处理器正在尝试读取它，假设它已经被写入，那么就存在问题。因此，共享变量应该通过锁进行保护，或者使用正确的屏障机制进行保护。volatile的语义是由实现定义的。如果编译器知道在执行某段代码时中断会被禁用，并且知道在目标平台上除了通过中断处理程序观察某些存储区域之外没有其他手段，那么它可以像缓存普通变量一样注册缓存volatile限定的变量在这样的存储区域中，前提是它记录了这种行为。volatile意味着您所期望的，并且确实为每个volatile访问加载或存储。因此，即使您使用调试器或模拟器进行单步观察，一切也是正确的。这意味着对于足够窄以自然原子方式处理的类型，volatile碰巧可以作为使用memory_order_relaxed的自定义atomic工作。(当然，在一般情况下，这是未定义的，但您可以认为实现足够强烈地定义了volatile)。 - Peter Cordesvolatile限定符——这是“优化”C语言基本独有的要求，而且会抵消优化的好处。 - supercatstdatomic库中拥有ISO标准的acq/rel语义，因此不需要再抱怨缺乏语言支持了。我认为，通过放松的_Atomic加上atomic_signal_fence，我们可以轻松地获得所需的编译时序，而无需在某些平台上使用强于放松的原子加载/存储顺序时实际屏障指令的运行时成本。（当然，如果您不想要慢速的原子RMW，就需要避免foo++。） - Peter Cordes据我所知，编译器从不优化声明为volatile的变量。
您的前提是错误的。volatile只是一个提示给编译器，并没有真正保证任何内容。编译器可以选择防止一些对volatile变量的优化，仅此而已。
volatile不是锁，请不要尝试将其用作锁。
"访问 volatile 对象，...都是副作用"。5.1.2.3/4 中提到 "如果实现能够推断出表达式的一部分没有使用且没有产生必需的副作用（包括通过调用函数或访问 volatile 对象引起的任何副作用），则它可以选择不评估此表达式的该部分。" 5.1.2.3/6 中指出 "符合标准的实现至少要求：- 访问 volatile 对象必须按照抽象机器规则进行严格评估。" - Lundinvolatile并不意味着“不要优化”。事实上，我认为“不要优化这个变量”甚至没有一个明确定义的含义。但是，volatile的语义不仅仅是避免优化的提示，因此volatile并不保证什么都不做。访问volatile对象是可观察行为。由于hvd提到了它进行比较，C++编译器也不能忽略inline或register：两者除了作为优化提示的次要角色外，还有定义的含义。C编译器可以忽略register，还有restrict。 - Steve Jessopregister关键字：它们仍然必须记住该关键字被使用，以便诊断尝试使用&运算符获取register变量地址的无效操作。 - user743382volatile关键字与并发完全没有任何关系！它用于让编译器防止使用先前的值，即每次在代码中访问volatile值时，编译器将生成访问volatile值的代码。主要目的是像内存映射I/O这样的东西。然而，使用volatile对于CPU读取正常内存时没有任何影响：如果CPU没有理由相信内存中的值已更改，例如因为没有同步指令，它可以只使用来自其缓存的值。要在线程之间进行通信，您需要一些同步，例如std::atomic<T>、锁定std::mutex等。< /p>
volatile 的意思是编译器会发出 asm 实际存储的指令。 - Peter CordesC++通过易失（volatile）lvalues进行访问，而C通过易失对象进行访问是“抽象”可观察的-尽管在实践中C行为遵循的是C++标准而不是C标准。非正式地，volatile声明告诉每个线程值可能会以某种方式更改，而不考虑任何线程中的文本。在具有线程的标准下，除了在同步关键区域的同步函数调用之前的共享变量之外，不存在另一个线程的写入导致对象的更改的概念，无论易失或非易失，共享与否。对于线程共享对象，volatile是不相关的。
如果你的代码没有正确同步你正在谈论的线程，那么你的一个线程读取另一个线程写入的内容就会发生未定义的行为。因此编译器可以生成任何它想要的代码。如果你的代码已经正确同步，那么其他线程的写入只会在线程同步调用时发生。你不需要volatile来实现这一点。
附言
标准规定：“对于具有易失性限定类型的对象的访问是实现定义的。”因此，您不能仅仅假设每个易失性左值的解引用都有读取访问权限，或者每个赋值操作都有写入访问权限。volatile访问如何“实际”显现也是实现定义的。因此，编译器可能不会为硬件访问生成代码，以对应于定义的抽象访问。例如，只有具有静态存储期和外部链接的对象，编译时使用特定的链接标志链接到特殊的硬件位置，才能从程序文本之外更改，以便忽略其他对象的volatile。volatile，其他内核将很快（在微秒内：“如果我不使用栅栏，一个内核需要多长时间才能看到另一个内核的写入？ ”）注意到来自另一个核的存储。您只需要栅栏来对读取中的负载/存储进行排序，或者使编写者在执行其他操作之前等待存储变为全局可见。 - Peter Cordes
volatile只影响编译器优化，而不影响可能发生的CPU重排序。 - Tudorvolatile进行线程同步，但如果你期望它在不同线程中引入读写关系，那么实际上你确实在进行线程同步，因为根据定义，这就是线程同步的作用。 - Steve Jessop