volatile限定符——C++讲解

最新推荐文章于 2024-01-27 14:21:51 发布

TT_love9527

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分类专栏： C/C++ 文章标签： volatile C/C

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/TT_love9527/article/details/82222780

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本文介绍了C++中volatile关键字的使用背景和作用，包括保证多线程环境下变量的可见性和防止编译器优化。通过实例说明volatile如何确保共享变量的实时更新，并对比了volatile与const的区别，强调了自定义拷贝和赋值操作的重要性。

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1、使用volatile的背景

直接处理硬件的程序常常包含这样的数据元素，它们的值由程序直接控制之外的过程控制。举例如下：

i、程序可能包含一个由系统时钟定时更新的变量。当对象的值可能在程序的控制或检测之外被心迹时，应该将该对象声明为volatile。告诉编译器不应对这样的变量进行优化。

ii、变量读取

volatile int i = 10;
int k = i;
这段代码如果没有加上volatile，它的执行过程是 i = 10, 10 ->reg寄存器，k = reg值，就是说，k=i实际上是从寄存器里读出来的。这样快捷高效，当然并不是每次都这样，因为寄存器有限。如果在10->reg寄存器的时候，i存储的内存变化了，也就是别的线程修改了i的值，k=i仍然会按照i=10来执行
加上volatile后，执行过程是 i = 10, k = *（int *）(&i); 它会从i的内存地址上去读，当然值会非常准确，但是效率会比从寄存器中读要慢很多。

iii、来自jave虚拟机中的参考

什么是主内存？为什么是在主内存中？先看看java的内存模型（JMM）中内存与线程的关系。

这里写图片描述

图片来自《深入理解Java虚拟机》

JMM中的内存分为主内存和工作内存，其中主内存是所有线程共享的，而工作内存是每个线程独立分配的，各个线程的工作内存之间相互独立、互不可见。在线程启动的时候，虚拟机为每个内存分配了一块工作内存，不仅包含了线程内部定义的局部变量，也包含了线程所需要的共享变量的副本，当然这是为了提高执行效率，读副本的比直接读主内存更快。

那么对于volatile修饰的变量（共享变量）来说，在工作内存发生了变化后，必须要马上写到主内存中，而线程读取到是volatile修饰的变量时，必须去主内存中去获取最新的值，而不是读工作内存中主内存的副本，这就有效的保证了线程之间变量的可见性。

2、C++的简单举例运用（只是用，没讲实质）

i、用法类比const修饰符，可以声明volatile指针、指向volatile对象的指针以及指向volatile对象的volatile指针：

volatile int v;//v是一个volatile int
int* volatile vip;//vip是一个volatile指针，它指向int
volatile int* ivp;//ivp是一个指针，它指向一个volatile int
volatile int* volatile vivp;//vivp是一个volatile指针，它指向一个volatile int

int *ip = &v;//错误：必须使用指向volatile的指针
ivp = &v;//正确：ivp是一个指向volatile的指针
vivp = &v;//正确：vivp是一个指向volatile的volatile指针

ii、合成的拷贝对volatile对象无效

const和volatile的一个重要区别是我们不能使用合成的考贝/移动构造函数及赋值运算符初始化volatile对象或从volatile对象赋值。解释：因为合成的成员接受的形参类型是（非volatile）常量引用，显然不能把一个非volatile引用绑定到一个volatile对象上。

如需拷贝、移动或赋值它的volatile对象，则该类必须自定义拷贝或移动操作。代码举例如下：

class Foo {
pubilc:
	Foo(const volatile Foo&);//从一个volatile对进行拷贝
	Foo& operator=(volatile const Foo&);//将一个volatile对象赋值给一个非volatile对象
	Foo& operator=(volatile const Foo&) volatile;//将一个volatile对象赋值给一个volatile对象
	//Foo类的剩余部分
};

参考博文：

https://blog.youkuaiyun.com/u011519624/article/details/63686701