C++学习之路（三）：volatile关键字

volatile是c++中的一个关键字。用volatile修饰的变量，具有三个性质：易变性

（一）易变性：

由于编译器对代码执行的优化，两条赋值语句，下一条语句可能会直接从上一条语句使用的寄存器中取得变量内容，通过volatile修饰变量，使得变量将被写会内存，对变量的访问也会直接从内存中读取，而不是从寄存器中获取。

测试代码1：

上述代码中，a为非volatile变量，b=a+1，对应的汇编代码为lea ecx, [eax + 1]。由于前一条语句变量a的值被保存在寄存eax中，因此b=a+1，可以直接从寄存器eax中读取值来进行计算。

测试代码2：

变量a为volatile变量，在a=fn(c)被执行后，寄存器ecx中的内容被写回到内存：mov dword ptr [esp+0Ch], ecx，在执行b=a+1时，变量a将直接从内存中进行读取，而不是使用寄存器ecx中的值。

小结：易变性。从汇编层次反应，就是两条语句，下一条语句不会直接使用上一条语句对应的volatile变量的寄存器内容，而是直接从内存中读取。

（二）不可优化性

测试代码3：

上述代码由于编译器优化，a，b，c三个变量都是可以通过常量进行替代，最终汇编代码更加简洁。

测试代码4：

由于a，b，c变量都通过volatile修饰，在汇编层面上，编译器将不会进行优化，最终将变量直接从内存读入到寄存器。

小结：不可优化性。volatile告诉编译器，不要对该修饰变量进行优化，保证写在代码中的指令一定会被执行。

（三）顺序性

对于多线程需要被同时访问或修改的变量，为了防止并发访问修改全局变量由于编译器优化带来的问题，常常会加上volatile关键词，来防止编译器进行不必要的优化。

首先给出一个样例代码，之后再来进行讨论：

在上述样例代码中，thread1线程在执行了something赋值后，设置flag为true，然后在thread2线程中判断当前flag为true，表明当前something已经执行完毕，接下来开始执行other things。这里通过if (flag==true)来表示something已经执行完毕，实际情况是不是这样的？先看几个测试代码，再来讨论该场景。

测试代码5：

上述中A，B均为非volatile变量，在函数执行过程中，可以看到通过gcc编译器的优化，两条语句的执行顺序被交换了，即先执行了B=0，再执行了A=B+1，编译器会保证在函数结束之后最终结果没有影响，但实质上可以看出编译器可能会对函数内部指令进行优化。

测试代码6：

这里将一个变量B用volatile进行修饰，但对于编译器来说，实际并没有阻止优化发生，指令依然是乱序执行的。如此：volatile变量，与非volatile变量之间的操作，是可能被编译器优化从而交互顺序执行的。实际上，从这个测试代码也可以看出最初的场景，尽管将flag声明为volatile变量，但由于编译器优化可能导致flag先于something被执行，从而导致切换到thread2线程时，flag判断为true，但并未执行something，从而导致程序逻辑混乱。

测试代码7：

从上述代码中可以看出，当两个变量都被volatile进行修饰时，编译器高度顺序执行了对应指令，并没有进行优化导致乱序执行。如此：volatile变量之间的操作，是不会被编译器交互顺序执行的。

回到最初的那个场景，为了保证something和flag的执行顺序，根据测试代码7，将两个变量都通过volatile，是否可以防止乱序执行的产生？

答案是不行！尽管这样的方法可以避免编译器优化，产生出顺序执行的机器代码，但是最终机器指令是通过CPU来完成执行的，在现代CPU中，本身就已经对指令执行做了很多优化，指令乱序执行就是其提高效率的一种方法，所以将两个变量都声明为volatile，仍然不能保证CPU执行指令时是顺序执行的。

一个正确的做法是：

 其实只用保证在thread1中的代码，是先于thread2中的代码执行即可。最为常用的方法，采用互斥锁机制，对执行代码进行加锁，在执行完后进行解锁。

小结：顺序性。volatile变量之间的顺序性，编译器不会进行乱序优化。volatile与非volatile变量之间的顺序，编译器可能会进行优化，不保证顺序。同时，在进行多线程编程时，需要小心使用volatile，最为常用方式是通过互斥锁保证对临界区的访问。

部分内容引用自：https://www.cnblogs.com/god-of-death/p/7852394.html