C++中的volatile和mutable有什么区别？

Question

我有一个关于volatile和mutable的差异问题。我注意到两者都表示它们可能会改变。除此之外还有什么？它们是同样的东西吗？它们的区别在哪里？它们适用于哪些情况？为什么提出这两个想法？如何以不同方式使用它们？

非常感谢。

- skydoor

Answer 1

mutable字段可以在通过const指针或引用访问的对象中被更改，也可以在const对象中被更改，因此编译器知道不要将其存储在只读内存中。 volatile位置是可以被编译器不知道的代码更改的位置（例如某个内核级驱动程序），因此编译器知道不要优化该值的寄存器分配，因为它可能已经自上次加载后被更改了。这是给编译器提供的非常不同类型的信息，以阻止非常不同类型的无效优化。

- Alex Martelli

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「volatile」对象也可能被与 CPU 无关的进程更改。例如，通信外设中的「bytes-received」寄存器在接收到字节时会自增（这甚至可以触发中断）。另一个例子是外设中的「pending-interrupts」标志寄存器。 - Mike DeSimone

另外，“volatile” 不仅意味着对象可以在编译器不知情的情况下更改 - 它还意味着即使这些写操作似乎没有用处，编译器也不能消除对该对象的写入。例如： x = 1; x = 0; 如果 x 是 volatile 的，则编译器必须发出两个写操作（这可能在硬件级别上很重要）。但是，对于非 volatile 对象，编译器可能会选择不费力地写入 1，因为它从未被使用过。 - Michael Burr

一个对象可以同时被标记为 const 和 volatile！你不能改变这个对象，但是它在背后可能会被修改。 - CTMacUser

@Destructor：通常情况下，是针对硬件设备寄存器的写入操作。 - Michael Burr

假设你正在控制一个LED的状态。写入0会关闭它，写入1会打开它。如果我需要闪烁LED以传达某个错误状态，但编译器决定优化掉除最后一个写入外的所有写入，因为没有使用任何值，那么LED就永远不会闪烁，并且我所期望的行为也无法实现。 - iheanyi

Answer 2

mutable: mutable关键字可以覆盖任何封闭的const语句。一个const对象的可变成员可以被修改。

volatile: volatile关键字是一个依赖实现的修饰符，用于声明变量，防止编译器优化这些变量。应该在值可能以意想不到的方式改变（例如通过中断）的变量上使用volatile，这可能会与编译器执行的优化相冲突。

来源

- xian

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你说“Volatile 应该与值可能以意外方式更改的变量一起使用”，我们是否应该更喜欢将其与随机数一起使用？ - Asif Mushtaq

@AsifMushtaq 不是值。方式。可变的影响您编写的代码所具有的权限。因此，您可以通过const ptr或const引用访问变量。如果不是您的代码更改它呢？编译器无法检查指针或引用类型吗？那就是volatile。而且volatile还会强制缓存写回主内存。因此，这在多线程代码中经常使用。 :) - Dan

Answer 3

它们绝对不是同一件事。 Mutable 与 const 相互作用。如果您有一个 const 指针，则通常不能更改成员变量。 Mutable提供了这个规则的例外。

另一方面，Volatile与程序所做的更改完全无关。它意味着内存可能因编译器无法控制的原因而发生变化，因此编译器必须每次读取或写入内存地址，并且无法将内容缓存到寄存器中。

- Ben Voigt

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“另一方面，volatile与程序所做的更改完全无关…” - 嗯，将成员声明为volatile并查看编译期间会出现什么问题。事后添加volatile很像事后添加const…非常痛苦。 - jww

@jww：这与程序所做的写入操作完全无关。您可以获取类型为T的对象的地址，并将其存储到const T *中并从中读取。如果将该对象设置为volatile，即使您从未尝试写入，将其地址存储到const T *中也会失败。 volatile和程序代码中的更改/修改/内存写入是完全不相关的。 - Ben Voigt

Answer 4

一个粗糙但有效的比较方式是:

• 编译器知道可变对象何时发生更改。
• 编译器无法知道易失性对象何时发生更改。

- Jonathan Leffler

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在这个方面：volatile bytes_received，mutable reference_count。 - Mike DeSimone

Answer 5

在声明为const的方法中，标记为mutable的变量可以被修改。

标记为volatile的变量告诉编译器每次按照代码所示都必须读取/写入该变量（即不能优化掉对变量的访问）。

- Kyle Lutz

Answer 6

我想补充一点，volatile在处理多线程应用程序时也非常有用。比如，你有一个主线程（main()函数所在的线程）和一个工作线程，当变量“app_running”为true时，工作线程会不断运行。main()控制“app_running”的真假，因此如果您没有在声明“app_running”时添加volatile属性，那么如果编译器在辅助线程中运行的代码中优化访问“app_running”，main()可能会将“app_running”改为false，但辅助线程仍将继续运行，因为该值已被缓存。我在Linux上使用gcc和VisualC++上看到了相同的行为。在“app_running”声明中放置“volatile”属性解决了问题。因此，这是一个在更改此类变量的值时不涉及硬件中断或内核的情况。

- BinCoder

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不！这是一个常见的误解。C++11和C11引入了原子操作，用于此目的。https://dev59.com/qWoy5IYBdhLWcg3wCpkz - KristianR