• 上一篇文章學(xué)習(xí)了C/C++中的指針與數(shù)組的區(qū)別，點(diǎn)擊鏈接進(jìn)行查看：【軟件開發(fā)底層知識(shí)修煉】二十七 C/C++中的指針與數(shù)組是不同的
• 本篇文章將學(xué)習(xí)volatile關(guān)鍵字在C/C++中的作用

文章目錄

• 1 實(shí)例代碼分析
• 2 問題分析
• 3 解決方案
• 4 拓展： const和volatile
• 4 總結(jié)

1 實(shí)例代碼分析

在講解volatile關(guān)鍵字的作用之前，我們先來看一個(gè)代碼的例子，代碼如下：

• main.c

#include <stdio.h> #include <pthread.h>extern const int g_ready;int main() {launch_device();while( g_ready == 0 ){sleep(1);printf("main() : g_ready = %d\n", g_ready);}printf("main() : g_ready = %d\n", g_ready);return 0; }

• device.c

#include <stdio.h> #include <pthread.h> #include <unistd.h>int g_ready = 0;void* th_fn(void* args) {sleep(5);g_ready = 1;printf("th_fn() : g_ready = %d\n", g_ready); }void launch_device() {pthread_t tid = 0;pthread_create(&tid, NULL, th_fn, NULL); }

上面的代碼，是非常容易懂的，這里就不再多說。我們直接編譯運(yùn)行看看：

• gcc -pthread main.c device.c -o test.out
• ./test.out

運(yùn)行結(jié)果如下：

這個(gè)結(jié)果對(duì)于我們來說其實(shí)挺容易懂的。就是main中的while循環(huán)先每隔一秒打印執(zhí)行一次，然后5秒后th_fn函數(shù)開始執(zhí)行，th_fn函數(shù)將g_ready變量變?yōu)?，然后打印一個(gè)語句。最后回到main中的while循環(huán)，由于while中上次最后一秒現(xiàn)在才執(zhí)行完，打印一句，然后由于此時(shí)g_ready為1，所以退出循環(huán)，然后打印循環(huán)外的一個(gè)語句，然后結(jié)束程序的運(yùn)行。這種結(jié)果，其實(shí)是比較容易理解的。也是比較普遍的結(jié)果。

但是如果我們?cè)倬幾g上述代碼的時(shí)候，加上了-O3選項(xiàng)，該選項(xiàng)是優(yōu)化選項(xiàng)，且級(jí)別比較高。編譯運(yùn)行結(jié)果如下：

• gcc -O3 -pthread main.c device.c -o test.out
• ./test.out

運(yùn)行結(jié)果如下動(dòng)態(tài)圖：

由以上結(jié)果我們可以看到，程序陷入了死循環(huán)，g_ready沒有被改變一直都是0，所以main中的while循環(huán)一直在執(zhí)行。對(duì)于這個(gè)結(jié)果，可能并不是所有人都知道為什么。下面，我們就要來講解為什么會(huì)產(chǎn)生上面的運(yùn)行結(jié)果。

2 問題分析

-O3選項(xiàng)是讓編譯器對(duì)代碼進(jìn)行優(yōu)化。

• 編譯優(yōu)化時(shí)，編譯器根據(jù)當(dāng)前文件進(jìn)行優(yōu)化。
• 為了效率上的提高，優(yōu)化時(shí)編譯器將變量值從內(nèi)存中讀取進(jìn)入寄存器
• 每次要訪問變量時(shí)直接從寄存器讀取。畢竟寄存器的存取比內(nèi)存的存取快很多。

那么，我們明白了優(yōu)化對(duì)變量的影響。對(duì)于上述的代碼，如果在編譯時(shí)加了-O3選項(xiàng)。編譯優(yōu)化時(shí)，編譯器會(huì)將變量g_ready的值放到寄存器中，以后每次使用該變量就從寄存器中取出g_ready的值使用即可。這樣雖然是速度快了，但是當(dāng)在th_fn函數(shù)中改變了g_ready的值后，在內(nèi)存中確實(shí)g_ready的值已經(jīng)變?yōu)?了，但是在剛剛那個(gè)寄存器中，最開始將g_ready的值也就是0存進(jìn)去的，一直都沒有改變過，但是呢，由于編譯器的優(yōu)化，每次在使用g_ready的變量的時(shí)候，都是從寄存器中直接取出值來使用…

說到這里，應(yīng)該都能夠明白了，此時(shí)從寄存器中取出的值就一直都是0.然后while一直循環(huán)。

3 解決方案

編譯的時(shí)候使用-O3選項(xiàng)是很常用的。那么如何才能既使用這個(gè)-O3選項(xiàng)，又使得上述程序按照我們的意愿來執(zhí)行呢？volatile就此出場(chǎng)。

使用volatile關(guān)鍵字修飾可能被意外修改的變量（內(nèi)存），從而禁止編譯器對(duì)該變量進(jìn)行優(yōu)化。

• volatile一般修飾的是一種易變的變量
• volatile可理解為一種編譯器警告指示字，它告訴編譯器必須每次都直接去內(nèi)存中取變量值。

那么在上述的代碼中，我們將main.c中的extern const int g_ready; 改為：extern volatile const int g_ready; 再重新進(jìn)行優(yōu)化的編譯，然后運(yùn)行，結(jié)果就是正確的運(yùn)行。可以自己嘗試做實(shí)驗(yàn)！

4 拓展： const和volatile

細(xì)心的朋友會(huì)發(fā)現(xiàn)，在main.c程序中，我們改完后，成這樣了：extern volatile const int g_ready; 又是const又是volatile的。我們上面說過，volatile修飾的是意變的變量，而const修飾的變量是不能被修改的，有的人叫它常量，不可變的。而實(shí)際上在編程語言中的解釋是這樣的：const修飾的變量在當(dāng)前文件中不能夠出現(xiàn)在賦值符號(hào)的左邊。 所以我們可以看到，在main.c這個(gè)文件中g(shù)_ready這個(gè)變量，并沒有出現(xiàn)在賦值符號(hào)的左邊，所以是沒有問題。但是在device.c文件中g(shù)_ready是沒有被const修飾的，它就可以出現(xiàn)在賦值符號(hào)的左邊，可以被改變。這樣一來，在device.c中修改g_ready這個(gè)變量，在main.c中的g_ready也間接被改變了。所以，我覺得說const修飾的是常量這個(gè)說法不夠準(zhǔn)確，說它是變量但是不能夠出現(xiàn)在賦值符號(hào)的左邊更加準(zhǔn)確。

下面就總結(jié)一下const和volatile關(guān)鍵字：

• const表示修飾的變量在當(dāng)前文件中不能出現(xiàn)在賦值符號(hào)的左邊，不能直接被改變，但是可以間接被改變
• volatile表示修飾的變量每次使用的時(shí)候直接從內(nèi)存中讀取
• const和volatile同時(shí)修飾變量時(shí)互不影響。

4 總結(jié)

• 編譯優(yōu)化時(shí)，編譯器僅根據(jù)當(dāng)前文件進(jìn)行優(yōu)化
• 編譯器的優(yōu)化策略可能造成一些意外
• volatile強(qiáng)制編譯器必須從內(nèi)存中取變量值
• const和volatile同時(shí)修改變量時(shí)，互相不影響彼此的含義。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的【软件开发底层知识修炼】二十八 C/C++中volatile的作用的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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