在 C/C++ 中volatile 关键字的作用
1.防止编译器优化
编译器在编译程序时，为了提高程序的执行效率，会对代码进行优化。例如，当编译器发现一个变量的值在一段代码中没有被显式地改变时，它可能会将这个变量的值缓存到寄存器中，后续对这个变量的读取操作就直接从寄存器中获取值，而不是从内存中读取。然而，对于一些特殊的变量，如硬件寄存器映射的内存地址或者被多个线程共享的变量，这种优化可能会导致错误的结果。volatile关键字就是告诉编译器，这个变量是 "易变的"，不要对它进行这种优化，每次访问这个变量都要从内存中读取，每次修改这个变量也要及时写回内存。
例如，考虑一个简单的程序，它通过内存映射的方式访问硬件寄存器：
在这个例子中，如果没有volatile关键字，编译器可能会认为hardware_register的值在两次读取之间没有改变，从而只进行一次读取并将值缓存起来，这显然不符合访问硬件寄存器的实际情况。
#include <stdio.h>
// 假设这是一个硬件寄存器的地址
volatile unsigned int * hardware_register = (volatile unsigned int *)0x12345678;
int main()
{
// 读取硬件寄存器的值
unsigned int value1 = *hardware_register;
// 做一些其他事情
//...
// 再次读取硬件寄存器的值
unsigned int value2 = *hardware_register;
// 编译器不会优化掉第二次读取操作，因为hardware_register被声明为volatile
return 0;
}
2.多线程环境中的可见性
在多线程编程中，volatile关键字可以用于保证变量在不同线程之间的 "可见性"。当一个线程修改了一个volatile变量的值时，其他线程能够立即看到这个修改。不过，需要注意的是，volatile并不能保证线程安全的所有方面，如原子性和顺序一致性。它只是保证了变量的可见性，防止编译器对变量的访问进行不恰当的优化。
例如，假设有两个线程，一个线程用于更新一个变量的值，另一个线程用于读取这个变量的值：
在这个例子中，shared_variable被声明为volatile，这可以帮助确保一个线程对它的修改能被另一个线程看到。但由于++操作不是原子操作，这个程序可能仍然会出现数据不一致的问题。
#include <iostream>
#include <thread>
#include <atomic>
using namespace std;
volatile int shared_variable = 0;
void update_variable() {
for (int i = 0; i < 1000; ++i) {
shared_variable++;
}
}
int main()
{
thread t1(update_variable);
thread t2(update_variable);
t1.join();
t2.join();
cout << "shared_variable = " << shared_variable << endl;
return 0;
}
volatile 关键字与 const 关键字的区别
1.语义不同
const关键字主要用于定义常量。它告诉编译器这个变量的值是不允许被修改的。例如：
const int a = 10;
a = 20; // 这是错误的，编译器会报错，因为试图修改一个const变量的值
volatile关键字强调变量是易变的，主要用于告诉编译器不要对变量的访问进行优化，重点在于变量值的不确定性（可能被外部因素改变），而不是限制变量的修改。
2.编译器处理方式不同
对于const变量，编译器会在编译阶段进行检查，确保程序不会对其进行非法的修改操作。并且在很多情况下，编译器会将const变量的值直接替换为常量值，以提高程序的运行效率。
例如下面，编译器可能会直接将c的值计算为10，而不是在运行时去读取b的值。
const int b = 5;
int c = b * 2;
对于volatile变量，编译器不会进行上述的优化。每次访问volatile变量时，编译器都会生成从内存中读取变量值的代码，每次修改volatile变量时，也会及时将新的值写回内存。
3.使用场景不同
const通常用于定义那些在程序运行过程中不应该被改变的常量，如数学常数、配置参数等。例如
const double PI = 3.1415926;
volatile主要用于与硬件交互、多线程编程等场景中，处理那些可能被外部设备或其他线程改变的变量，如硬件寄存器、共享变量等。