C++霧中風景13:volatile解惑

C++霧中風景13:volatile解惑

筆者入職百度時，二面面試官的讓我聊聊C++之中的volatile關鍵詞。volatile在Java和C++之中的差别可謂是天差地别，我隻是簡單聊了聊Java之中的volatile，面試官對我的回答并不滿意。後續學習《C++ Prmier》時，對volatile的了解也是雲裡霧裡。入職百度之後，發現身邊的同學時候對volatile也是誤會頗多。（果然是“面試造核彈，工作擰螺絲”）是以筆者花了一些時間，整理了這篇文章，希望各位C++程式員能徹底厘清volatile。

1.volatile的誤會

volatile這個單詞在英文之中的意思是：易變的，不穩定的的含義。是以顧名思義，一旦變量通過了volatile關鍵詞修飾之後，說明變量是易變的和不穩定的。而C++之中最大的誤會就是認為volatile關鍵詞與并發程式設計有關，至于為何會引起這樣的誤會呢？筆者覺得罪魁禍首可能是下面的原因：

Java中的volatile

volatile影響最為深遠的就是Java之中的功用,筆者第一次接觸這個關鍵詞也是在Java之中。（加上數目龐大的Java程式員～～）Java之中volatile的效果是：

確定記憶體可見性

讀和寫一個volatile變量具有全局有序性。每個線程通路一個volatile變量時都會讀取它在記憶體之中的目前值，而不是使用一個緩存中的值。這樣能夠確定當某線程對volatile變量進行了修改後，後面執行的其他線程能看到volatile變量的變動。是以在簡單的多線程程式之中，volatile變量可以起到輕量級的同步作用。但是volatile關鍵字并不保證線程讀寫變量的相對順序，是以适用場景有限。

禁止指令重排序

指令重排序是JVM 為了提高程式的運作效率，在不影響單線程程式執行結果的前提下，對各種指令執行的過程進行重新排序和優化，來增加程式處理時的并行度。指令重排序在單線程下能夠保證正确，但是在多線程的環境下就很難確定指令重排序的語義正确。

JDK5引入concurrent包中atomic，JDK6将synchronized關鍵字的性能優化後。絕大多數場景，筆者都不再推薦使用volatile這個關鍵字了。

MSVC 微軟的鍋

早期的 MSVC之中 volatile 具有Release和Acquire語義，這我想給許多 C++程式猿造成了誤解。後續微軟将這個關鍵字做了一個切換：volatile:ms，用加 ms 的修飾來延續之前的語義。

volatile::ms 的特殊語義

2.volatile 的作用

其實上一節對volatile 的誤用做了讨論。接下來筆者來帶大家看看，實際 volatile 關鍵字到底起到怎麼樣的作用。先看如下的代碼：

int n = 10;

int main() {

int a = n;
int b = n;
return 0;           

}

我們将這段代碼轉換為彙編代碼，筆者這裡使用的** gcc 版本為5.4.0：

彙編代碼1

接下來，我們将變量添加上 volatile**關鍵字，看看會出現什麼效果：

volatile int a = n;
volatile int b = n;
return 0;           

重新編譯這部分代碼轉換為彙編代碼，我們來看看：

彙編代碼2

看到這部分彙編代碼，想必各位應該對 volatile關鍵詞的作用應該心中有數了。volatile相當于顯式的要求編譯器禁止對 volatile 變量進行優化，并且要求每個變量指派時，需要顯式從寄存器%eax拷貝。volatile 關鍵字在嵌入式程式設計之中會需要用到，在特定環境下，寄存器的變量可能會發生變化。volatile 是以聲明了寄存器部分的資料是『易變的』，需要防止編譯器優化變量，強制載入寄存器。

但是如果需要實作類似 Java 之中 volatile 的效果呢？可以在代碼之中顯式插入記憶體屏障，讓 CPU 強制重新整理寄存器的變量到記憶體之中。

volatile int a = n;
asm volatile("" ::: "memory");
volatile int b = n;
return 0;           

現在我們再來看看編譯生成的彙編代碼：

彙編代碼3

由上述的彙編代碼我們可以看到，在添加了記憶體屏障之後，對變量的指派操作需要顯式的記憶體之中取值。實際 Java 在實作 volatile 關鍵字時，也是通過上述語句來實作的。

3.小結

volatile 關鍵字本身在 現代的C++和 Java 之中都不再推薦使用了。在 C++之中有很多對 volatile 的誤用。希望這篇文章能夠幫助大家解惑 volatile ，能夠正确的進行使用。學有不精，如有謬誤，請多多指教~~~

原文位址

https://www.cnblogs.com/happenlee/p/10561190.html