• 上一篇文章學習了C/C++中的指針與數組的區別，點擊鏈接進行查看：【軟件開發底層知識修煉】二十七 C/C++中的指針與數組是不同的
• 本篇文章將學習volatile關鍵字在C/C++中的作用

文章目錄

• 1 實例代碼分析
• 2 問題分析
• 3 解決方案
• 4 拓展： const和volatile
• 4 總結

1 實例代碼分析

在講解volatile關鍵字的作用之前，我們先來看一個代碼的例子，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。我們直接編譯運行看看：

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

運行結果如下：

這個結果對于我們來說其實挺容易懂的。就是main中的while循環先每隔一秒打印執行一次，然后5秒后th_fn函數開始執行，th_fn函數將g_ready變量變為1，然后打印一個語句。最后回到main中的while循環，由于while中上次最后一秒現在才執行完，打印一句，然后由于此時g_ready為1，所以退出循環，然后打印循環外的一個語句，然后結束程序的運行。這種結果，其實是比較容易理解的。也是比較普遍的結果。

但是如果我們再編譯上述代碼的時候，加上了-O3選項，該選項是優化選項，且級別比較高。編譯運行結果如下：

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

運行結果如下動態圖：

由以上結果我們可以看到，程序陷入了死循環，g_ready沒有被改變一直都是0，所以main中的while循環一直在執行。對于這個結果，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產生上面的運行結果。

2 問題分析

-O3選項是讓編譯器對代碼進行優化。

• 編譯優化時，編譯器根據當前文件進行優化。
• 為了效率上的提高，優化時編譯器將變量值從內存中讀取進入寄存器
• 每次要訪問變量時直接從寄存器讀取。畢竟寄存器的存取比內存的存取快很多。

那么，我們明白了優化對變量的影響。對于上述的代碼，如果在編譯時加了-O3選項。編譯優化時，編譯器會將變量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，但是當在th_fn函數中改變了g_ready的值后，在內存中確實g_ready的值已經變為1了，但是在剛剛那個寄存器中，最開始將g_ready的值也就是0存進去的，一直都沒有改變過，但是呢，由于編譯器的優化，每次在使用g_ready的變量的時候，都是從寄存器中直接取出值來使用…

說到這里，應該都能夠明白了，此時從寄存器中取出的值就一直都是0.然后while一直循環。

3 解決方案

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

使用volatile關鍵字修飾可能被意外修改的變量（內存），從而禁止編譯器對該變量進行優化。

• 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; 再重新進行優化的編譯，然后運行，結果就是正確的運行。可以自己嘗試做實驗！

4 拓展： const和volatile

細心的朋友會發現，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。而實際上在編程語言中的解釋是這樣的：const修飾的變量在當前文件中不能夠出現在賦值符號的左邊。 所以我們可以看到，在main.c這個文件中g_ready這個變量，并沒有出現在賦值符號的左邊，所以是沒有問題。但是在device.c文件中g_ready是沒有被const修飾的，它就可以出現在賦值符號的左邊，可以被改變。這樣一來，在device.c中修改g_ready這個變量，在main.c中的g_ready也間接被改變了。所以，我覺得說const修飾的是常量這個說法不夠準確，說它是變量但是不能夠出現在賦值符號的左邊更加準確。

下面就總結一下const和volatile關鍵字：

• const表示修飾的變量在當前文件中不能出現在賦值符號的左邊，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候直接從內存中讀取
• const和volatile同時修飾變量時互不影響。

4 總結

• 編譯優化時，編譯器僅根據當前文件進行優化
• 編譯器的優化策略可能造成一些意外
• volatile強制編譯器必須從內存中取變量值
• const和volatile同時修改變量時，互相不影響彼此的含義。

總結

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的作用的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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