关于volatile关键字作用的分析

volatile:保证内存的可见性

首先得引入一个概念:寄存器

【关于寄存器的一篇博客】

当一个变量在内存中创建后,我们可以通过对变量重新赋值的方式,对其值进行改变。

#include <stdio.h>
int main()
{
    int num = 0;
    num = 10;
    printf("num=%d\n",num);
    num = 20;
    printf("num=%d\n",num);
    return 0;
}

或者当变量被const修饰,其具有常属性无法被直接改变,我们可以通过指针,对其进行间接改变。

#include <stdio.h>

int main()
{
    const int num = 10;
    int *p = (int *)&num;//将存储于内存中十六进制的地址强制转换成"int *"类型
    *p = 20;
    printf("num = %d\n",num);
    return 0;
}

然而同样在VS编译环境下对相同的源码文件进行重命名产生了不同的运行结果:
这里写图片描述
这里写图片描述
这是因为在VS编译环境下,编译器对.cpp文件主动进行了优化,将const修饰的变量放到了寄存器中,当系统需要调用num时为了提高效率,它会直接选择从高效的寄存器中去优先选取,而不会从内存中取,但是内存中依然发生了变化。

这里写图片描述
这里写图片描述
当未赋值时,变量num是一个随机值。前面的0x0115F8F4便是num的十六进制存放的地址。
这里写图片描述
赋初值10num的值发生了相应变化。
这里写图片描述
通过指针进行相应操作时,被const修饰的变量值也发生了变化,被改变成了20

相应的,在Linux操作系统下编译时,可以选择性的对程序进行优化。
这里写图片描述
这里写图片描述

GCC -O选项
这个选项控制所有的优化等级。使用优化选项会使编译过程耗费更多的时间,并且占用更多的内存,尤其是在提高优化等级的时候。
-O设置一共有五种:-O0、-O1、-O2、-O3和-Os。你只能在/etc/make.conf里面设置其中的一种。
除了-O0以外,每一个-O设置都会多启用几个选项,请查阅gcc手册的优化选项章节,以便了解每个-O等级启用了哪些选项及它们有何作用。
让我们来逐一考察各个优化等级:
-O0:这个等级(字母“O”后面跟个零)关闭所有优化选项,也是CFLAGS或CXXFLAGS中没有设置-O等级时的默认等级。这样就不会优化代码,这通常不是我们想要的。
-O1:这是最基本的优化等级。编译器会在不花费太多编译时间的同时试图生成更快更小的代码。这些优化是非常基础的,但一般这些任务肯定能顺利完成。
-O2:-O1的进阶。这是推荐的优化等级,除非你有特殊的需求。-O2会比-O1启用多一些标记。设置了-O2后,编译器会试图提高代码性能而不会增大体积和大量占用的编译时间。
-O3:这是最高最危险的优化等级。用这个选项会延长编译代码的时间,并且在使用gcc4.x的系统里不应全局启用。自从3.x版本以来gcc的行为已经有了极大地改变。在3.x,-O3生成的代码也只是比-O2快一点点而已,而gcc4.x中还未必更快。用-O3来编译所有的软件包将产生更大体积更耗内存的二进制文件,大大增加编译失败的机会或不可预知的程序行为(包括错误)。这样做将得不偿失,记住过犹不及。在gcc 4.x.中使用-O3是不推荐的。
-Os:这个等级用来优化代码尺寸。其中启用了-O2中不会增加磁盘空间占用的代码生成选项。这对于磁盘空间极其紧张或者CPU缓存较小的机器非常有用。但也可能产生些许问题,因此软件树中的大部分ebuild都过滤掉这个等级的优化。使用-Os是不推荐的。

volatile关键字的作用便在这种情况下出现,并产生作用,虽然程序进行了优化,但是我们仍然想监视内存中变量值的变化情况。
Linux系统:
这里写图片描述
这里写图片描述
VS
这里写图片描述
这样便可以对内存中的变量进行实时监控,而不会因为程序优化的原因导致内存不可见。

### volatile关键字作用 在C语言中,`volatile`关键字用于修饰变量,表示该变量的值可能会在程序的控制之外发生变化。这意味着编译器不应该对该变量的访问进行优化,因为它的值可能随时被外部因素(如硬件中断、多线程环境中的其他线程等)修改。 具体来说,`volatile`关键字告诉编译器不要对这个变量进行以下几种优化: - **寄存器优化**:通常情况下,编译器会将频繁使用的变量存储在寄存器中以提高执行速度。但对于`volatile`变量,每次读取都必须从内存中获取最新的值,写入也必须立即保存到内存中。 - **指令重排序**:编译器和处理器都有可能重新安排指令的顺序以提高性能。对于`volatile`变量的操作,这种重排是不允许的,以确保操作的顺序性[^4]。 ### 使用场景 `volatile`关键字主要适用于以下几种情况: - **硬件寄存器**:当变量映射到特定的硬件地址时,例如设备的状态寄存器或控制寄存器。这些寄存器的内容可能会被硬件自动更改,因此需要使用`volatile`来保证每次访问都是实际的内存访问。 - **多线程编程**:在多线程环境中,如果多个线程共享一个变量,并且至少有一个线程对其进行写操作,则应该将此变量声明为`volatile`。需要注意的是,在现代多核系统中,仅靠`volatile`并不足以保证完全的数据一致性,还需要结合适当的同步机制[^5]。 - **信号处理程序**:当变量在正常的流程之外被信号处理函数修改时,为了确保主程序能够看到信号处理函数所做的变化,也需要将这样的变量声明为`volatile`[^3]。 ### 示例代码 下面是一个简单的例子说明了如何使用`volatile`关键字: ```c #include <stdio.h> // 假设这个变量会被某个硬件中断服务例程修改 volatile int flag = 0; int main() { while (!flag) { // 每次循环都会检查flag的真实值 // 等待flag被外部事件设置为非零 } printf("Flag has been set!\n"); return 0; } ``` 在这个例子中,`flag`被声明为`volatile`,这样就确保了即使是在无限循环内,也能正确地检测到`flag`的变化。 通过上述分析可以看出,虽然`volatile`可以防止某些类型的编译器优化,但它并不能解决所有并发问题。在设计复杂的并发应用程序时,还需要考虑更高级别的同步原语,比如互斥锁、条件变量等。
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值