为什么我们使用volatile关键字？

Question

可能重复：
为什么会有 volatile? 我从未使用过它，但我想知道为什么人们使用它？它到底是做什么的？我在论坛上搜索了一下，只找到了关于 C# 或 Java 的话题。

- Nawaz

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同C++: 当volatile关键字曾经对你有帮助时？。 - Matthew Flaschen

虽然这是一个重复的问题，但我认为Nawaz的回答比重复的问题更全面易懂。 - ross

https://dev59.com/8XVD5IYBdhLWcg3wJIAK#65641563 - alex_noname

相关：*为什么在C语言中需要使用volatile关键字？* - Peter Mortensen

Answer 1

考虑以下代码：

int some_int = 100;

while(some_int == 100)
{
   //your code
}

当这个程序被编译时，如果编译器发现程序永远不会尝试改变some_int的值，它可能会尝试通过将while循环从while(some_int == 100)优化成等价于while(true)来提高执行速度（因为while循环中的条件似乎总是为true）。（如果编译器没有对其进行优化，则必须在每次迭代中获取some_int的值并将其与100进行比较，这显然会稍微慢一些。） 然而，有时候优化（程序的某些部分）可能是不可取的，因为可能有人从程序外部更改了some_int的值，但编译器却不知道，因为它看不到；但这是您设计的方式。在这种情况下，编译器的优化会不能产生期望的结果！

因此，为确保所需的结果，您需要阻止编译器优化while循环。这就是volatile关键字发挥作用的地方。您只需要这样做：

volatile int some_int = 100; //note the 'volatile' qualifier now!

换句话说，我会这样解释： volatile 告诉编译器，"嘿编译器，我是 volatile 的，你知道吗，我可以被一些你甚至不知道的 XYZ 改变。那个 XYZ 可以是任何东西。也许是这个程序之外的某个外星人。也许是闪电、某种形式的中断、火山等等可以改变我的事物。也许。你永远不知道谁会改变我！所以，你这个无知的编译器，别再自以为是地玩全知全能的神，不要碰到我存在的代码。好吗？"

这就是如何用 volatile 防止编译器优化代码。现在在网上搜索一些示例代码吧。

引用 C++ 标准($7.1.5.1/8) 中的话：

"[...] volatile 是一个提示，告诉实现避免涉及对象的激进优化，因为对象的值可能会被实现不能检测到的手段更改[...]"

相关主题： 将结构体定义为 volatile 会使其所有成员都变成 volatile 吗？

- Nawaz

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需要补充的是，volatile 是一个修饰符，类似于 const （但当然具有不同的含义），因此您也可以声明只能在 volatile 实例上调用的 volatile 方法。 - ereOn

@Maxpm：不是，extern关键字用于其他方面。 - Nawaz

根据您的示例，似乎编译器在这里优化了代码，因为我猜测在 while 函数中没有更改 some_int 的值。您能否解释一下在某些情况下会更改 some_int 值的场景？如果没有，那么在这个例子中 volatile 有什么用处呢？ - Vivek Kumar

好的回答。需要注意的是，在这个例子中，some_int的值可能会被另一个线程或中断例程更改，这是两个代码会失败的示例，仅供澄清。 (@dearvivekkumar - 这应该可以回答你的评论) - Marcelo

我不认为有人有时间编写样例代码来验证这个概念，因为那是一个困难的任务。请注意，缺少volatile并不能保证变量的载入被优化掉。只是当volatile存在时，它确保不会被优化掉，即使在没有关键字的情况下也很可能发生优化；区别在于缺少volatile 不能确保 这一点。 - Nawaz

Answer 2

在计算机编程中，尤其是在C、C++和C#编程语言中，使用volatile关键字声明的变量或对象通常具有与优化和/或线程相关的特殊属性。一般来说，volatile关键字旨在防止（伪）编译器对假定变量值不能“自行”更改的代码应用任何优化。

http://en.wikipedia.org/wiki/Volatile_variable

- Ivan

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volatile与线程无关。 - BЈовић

volatile关键字是一个类型限定符，用于声明一个对象可以被程序中的某些东西（例如操作系统、硬件或同时执行的线程）修改。 (c) MSDN C++ Reference. (http://msdn.microsoft.com/en-us/library/12a04hfd(v=vs.80).aspx)但是，毫无疑问，MSDN和维基百科是错误的，而您是正确的。 - Ivan

然而，volatile 并不能帮助线程处理。与非 volatile 的读/写操作相比，volatile 读/写操作仍然可能被重新排序，这使其在线程处理方面毫无用处。此外，您可能已经注意到 MSDN 页面上的大号“Microsoft Specific”。 Microsoft 对 volatile 的实现提供了超出标准规定的额外保证。因此，严格来说，MSDN 是错误的。而维基百科错误也并不奇怪。 - jalf

虽然 volatile 关键字的属性与多线程有关，但在多个线程之间共享变量时使用 volatile 可能会更改程序的语义。然而，volatile 并不足以将语义更改为任何有用或明确定义的东西。 - jalf

很抱歉，@jalf，我害怕你不知道自己在说什么。volatile关键字确保一个线程中变量的更改在所有线程中保持一致。根据需要在该平台上插入fences、barriers、cache flushes、reloads等操作。如果您不是做PC开发，您可能了解这一点。仅因为英特尔将许多缓存管理隐藏起来并不意味着它没有发生。 - Dan