volatile关键字的作用是什么?在c++中它能解决什么问题?

就我而言,我从来没有明知肚明地需要它。


当前回答

我曾经在调试构建中使用过它,当编译器坚持要优化掉一个变量时,我希望在逐步执行代码时能够看到这个变量。

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除了volatile关键字用于告诉编译器不要优化对某些变量(可以由线程或中断例程修改)的访问之外,它还可以用于删除一些编译器错误——是的,它可以是——。

例如,我在一个嵌入式平台上工作,编译器对变量的值做出了一些错误的假设。如果代码没有优化,程序可以正常运行。通过优化(这是非常必要的,因为这是一个关键的例程),代码将无法正常工作。唯一的解决方案(虽然不是很正确)是将“错误的”变量声明为volatile。

一些处理器具有超过64位精度的浮点寄存器(例如。32位x86没有SSE,见Peter的评论)。这样,如果您对双精度数运行多次操作,实际上会得到比将每个中间结果截断为64位更高精度的答案。

这通常很好,但这意味着根据编译器如何分配寄存器和进行优化,对于完全相同的输入,完全相同的操作将得到不同的结果。如果您需要一致性,那么您可以使用volatile关键字强制每个操作返回内存。

它对于一些没有代数意义但减少浮点误差的算法也很有用,比如Kahan求和。代数上它是一个nop,所以它经常会被错误地优化除非一些中间变量是不稳定的。

除了按预期使用它,volatile还用于(模板)元编程。它可以用来防止意外重载,因为volatile属性(如const)参与了重载解析。

template <typename T> 
class Foo {
  std::enable_if_t<sizeof(T)==4, void> f(T& t) 
  { std::cout << 1 << t; }
  void f(T volatile& t) 
  { std::cout << 2 << const_cast<T&>(t); }

  void bar() { T t; f(t); }
};

这是合法的;这两个重载都可能是可调用的,并且执行几乎相同的操作。在volatile重载中的强制转换是合法的,因为我们知道bar无论如何都不会通过一个非volatile T。不过,volatile版本严格来说更糟糕,所以如果非volatile f可用,则永远不要在重载分辨率中选择。

注意,代码实际上从不依赖于volatile内存访问。

Dan Saks在《Volatile as a promise》一文中写道:

易失性对象是其值可能自发变化的对象。也就是说,当你声明一个对象为volatile时,你是在告诉编译器这个对象可能会改变状态,即使程序中没有任何语句显示要改变它。”

以下是他关于volatile关键字的三篇文章的链接:

明智地使用挥发剂 准确放置挥发剂 像承诺一样反复无常

你的程序似乎工作,即使没有挥发关键字?也许这就是原因:

如前所述,volatile关键字有助于以下情况

volatile int* p = ...;  // point to some memory
while( *p!=0 ) {}  // loop until the memory becomes zero

但是,一旦调用外部函数或非内联函数,似乎几乎没有任何影响。例如:

while( *p!=0 ) { g(); }

然后无论是否使用volatile都会产生几乎相同的结果。

只要g()可以完全内联,编译器就可以看到正在发生的一切,因此可以进行优化。但是,当程序调用一个编译器看不到发生什么的地方时,编译器再做任何假设就不安全了。因此,编译器生成的代码总是直接从内存中读取。

但是要注意,当函数g()变成内联(由于显式更改或由于编译器/链接器的聪明)时,如果您忘记volatile关键字,那么您的代码可能会崩溃!

因此,我建议添加volatile关键字,即使您的程序似乎没有它也可以工作。它使意图在未来的变化方面更加清晰和强大。