Volatile變數

在C，以及C++中，volatile關鍵字的作用：

• 允許訪問內存映射設備

• 允許在setjmp和longjmp之間使用變數

• 允許在信號處理函數中使用sig_atomic_t變數

根據相關的標準（C,C++,POSIX,WIN32)和絕大多數實現，對volatile變數的操作並不是原子的，也不能用來為線程建立嚴格的happens-before關係。volatile關鍵字就像攜帶型線程構建一樣基本沒什麼用處。

Visual C++2005 保證volatile變數是一種內存屏障，阻止編譯器和CPU重新安排讀入和寫出語義。在先前版本的Visual C++則沒有此類保證。在其他方面將指針定義為volatile可能會影響程序的性能。例如，如果指針定義對代碼的其他地方可見，強制編譯器將指針視為屏障，就會降低程序的性能，這是完全不必要的。

基本類型的對象用volatile修飾后，仍舊支持所有的操作（加、乘、賦值等）。但是，用戶定義的非基本類型（class、struct、union）的對象被volatile修飾后，具有不同行為：

• 只能調用volatile成員函數；即只能訪問它的介面的子集。

• 只能通過const_cast運算符轉為沒有volatile修飾的普通對象。即由此可以獲得對類型介面的完全訪問。

• volatile性質會傳遞給它的數據成員。

臨界區內部，通過互斥鎖（mutex）保證只有一個線程可以訪問，因此臨界區內的變數不需要是volatile的；而在臨界區外部，被多個線程訪問的變數應為volatile，這也符合了volatile的原意：防止編譯器緩存（cache）了被多個線程併發用到的變數。volatile對象只能調用volatile成員函數，這意味著應僅對多線程併發安全的成員函數加volatile修飾，這種volatile成員函數可自由用於多線程併發或者重入而不必使用臨界區；非volatile的成員函數意味著單線程環境，只應在臨界區內調用。在多線程編程中可以令該數據對象的所有成員函數均為普通的非volatile修飾，從而保證了僅在進入臨界區（即獲得了互斥鎖）后把該對象顯式轉為普通對象之後才能調用該數據對象的成員函數。這種用法避免了編程者的失誤——在臨界區以外訪問共享對象的內容：

對於內建類型，不應直接用volatile，而應把它包裝為結構的成員，就可以保護了volatile的結構對象不被不受控制地訪問。

在這裡例子中，代碼將foo的值設置為0。然後開始不斷地輪詢它的值直到它變成255：

一個執行優化的編譯器會提示沒有代碼能修改foo的值，並假設它永遠都只會是0.因此編譯器將用類似下列的無限循環替換函數體：

但是，foo可能指向一個隨時都能被計算機系統其他部分修改的地址，例如一個連接到中央處理器的設備的硬體寄存器，上面的代碼永遠檢測不到這樣的修改。如果不使用volatile關鍵字，編譯器將假設當前程序是系統中能改變這個值部分（這是到最廣泛的一種情況）。為了阻止編譯器像上面那樣優化代碼，需要使用volatile關鍵字：

這樣修改以後循環條件就不會被優化掉，當值改變的時候系統將會檢測到。

下面的C程序和後面的彙編代碼展示了volatile關鍵字如何影響編譯器的輸出。這裡使用的編譯器是GCC。

Java也支持volatile關鍵字，但它被用於其他不同的用途。當volatile用於一個作用域時，Java保證如下：

（適用於Java所有版本）讀和寫一個volatile變數有全局的排序。也就是說每個線程訪問一個volatile作用域時會在繼續執行之前讀取它的當前值，而不是（可能）使用一個緩存的值。也就是說通常這並不是有用的線程構建)。

1.

(但是並不保證經常讀寫volatile作用域時讀和寫的相對順序，也就是說通常這並不是有用的線程構建)。

2.

（適用於Java5及其之後的版本）volatile的讀和寫建立了一個happens-before關係，類似於申請和釋放一個互斥鎖。

使用volatile會比使用鎖更快，但是在一些情況下它不能工作。volatile使用範圍在Java5中得到了擴展，特別是雙重檢查鎖定能夠正確工作。