为什么我们使用volatile关键字？

在计算机编程中，特别是在C、C++和C#编程语言中，使用volatile关键字声明的变量或对象通常具有与优化和/或线程相关的特殊属性。一般来说，volatile关键字旨在防止编译器对假设变量值“自行更改”的代码应用任何优化。volatile关键字是一种类型限定符，用于声明一个对象可以被程序中的某些内容（如操作系统、硬件或并发执行的线程）修改。(c) MSDN C++ Reference.

volatile关键字与线程无关。

volatile关键字是一种类型限定符，用于声明一个对象可以被程序中的某些内容（如操作系统、硬件或并发执行的线程）修改。(c) MSDN C++ Reference。但是，msdn和维基百科肯定是错误的，你是正确的。

volatile关键字对线程没有帮助。volatile读取/写入仍然可以与非volatile读取/写入进行重排序，这使得它对线程目的毫无用处。此外，您可能已经注意到MSDN页面上有一个大大的“Microsoft Specific”。Microsoft对volatile的实现提供了超出标准规定的额外保证。所以，从技术上讲，MSDN是错误的。维基百科也有错误并不令人意外。

尽管如此，volatile的特性与线程有关。在多个线程之间共享的变量上使用volatile可以改变程序的语义。然而，volatile并不足以将语义更改为任何有用的或良好定义的内容。

我担心你不知道你在说什么。volatile关键字确保在一个线程中对变量的更改在所有线程中保持一致。通过根据需要插入屏障、同步点、缓存刷新、重新加载等平台相关的操作来实现。如果你不只是开发个人电脑，你可能会知道这一点。仅仅因为英特尔对缓存管理隐藏了很多东西，并不意味着它不会发生。

在Java中，volatile与线程有关。我相信在C++和C#中也有类似的影响。

但它的确有用...例如，当你关心内存是否是最新的，但并不完全准确时：一个缓存刷新机制读取由其他线程更新的“last_update”变量。你不在乎缓存稍后刷新几毫秒，但你需要“接近真实值”（请记住，在某些语言，如Java中，如果没有volatile，一个线程看到另一个线程所做的更改可能需要几秒钟或几分钟）。

volatile的可能用途很少，而且不太强大，但在这些受限制的情况下，volatile是可以的。原子变量更好，但volatile也可以。

“实际上，你不知道你在说什么。”实际上，你才是那个不知道你在说什么的人；哪个编译器在哪个系统上的哪种语言为哪个操作插入了缓存刷新呢？

我并不是指涉及缓存刷新，而是指插入围栏或内存管理技术。在Java中，内存模型确保所有线程看到变量的一致值，防止其他线程读取旧值（可能被缓存）。在C++中，这取决于平台，但某些架构显然会引入围栏，你是对的，似乎与多线程无关。在C#中，volatile与多进程相关。

确实在Java中，volatile是线程之间的通信工具，对这些标量的写入具有特定的含义。在C和C++中，volatile主要是用于MMIO（扩展卡、驱动程序等）、异步信号、特殊伪函数setjmp，还有其他与线程无关的用途。C和C++中的标准支持线程间通信是通过原子对象（在C++中拼写为std::atomic）实现的。它们的语义完全不同。

通过哪些指令来实现这些功能？

这是一个关于C++的问题，我的评论是关于Java和C#的（一旦被证明我对C++的理解是错误的），所以我们不应该在这个线程上混淆。无论如何，对于Java，请阅读这个和这个，在这里有一个经典示例：stackoverflow.com/questions/11595868/...。对于C#，使用Google。

为什么我们要使用volatile关键字？

考虑以下代码，

int some_int = 100;
while(some_int == 100)
{
   //你的代码
}

当编译这个程序时，如果编译器发现程序从来没有试图改变some_int的值，那么它可能会对这段代码进行优化，将while循环从while(some_int == 100)改为等价于while(true)的形式，以便执行速度更快（因为while循环的条件看起来始终为true）。如果编译器不进行优化，那么它就需要在每次迭代中获取some_int的值并与100进行比较，这显然会比较慢。

然而，有时候优化（程序的某些部分）可能是不可取的，因为可能有其他人从程序之外改变了some_int的值，而编译器并不知道，因为它看不到；但这是你设计的方式。在这种情况下，编译器的优化将无法产生期望的结果！

因此，为了确保期望的结果，你需要通过某种方式阻止编译器优化while循环。这就是volatile关键字发挥作用的地方。你只需要这样做，

volatile int some_int = 100; //注意现在有了'volatile'修饰符！

插入引用块：

volatile告诉编译器，

"嘿，编译器，我是易变的，你知道，我可以被一些你甚至不知道的XYZ改变。那个XYZ可以是任何东西。也许是这个星球之外叫做程序的外星人。也许是闪电，某种形式的中断，火山等等可以改变我的。也许。你永远不知道谁会改变我！所以，噢，你这个无知的人，不要扮演一个无所不知的上帝，不要冒然触碰我所在的代码。好吗？"

这就是volatile如何阻止编译器优化代码的方式。现在搜索网络以查看一些示例代码。

引用C++标准（$7.1.5.1/8）中的内容：

[..]volatile是一个提示给实现的，要求它避免使用与对象相关的激进优化，因为对象的值可能通过一些实现无法检测到的方式进行更改。[...]

相关主题：

使结构体变量volatile是否会使其所有成员变量都变为volatile？

需要强调的是，volatile是一个限定符，类似于const（但意义不同），因此你也可以声明只能在volatile实例上调用的volatile方法。

我认为这就是extern关键字的作用吗？

：不。 extern关键字用于其他用途。

根据你的例子，编译器在这里对代码进行了很好的优化，因为我猜测在while函数内部它没有改变some_int的值。你能否也解释一下可能发生some_int值更改的场景？如果没有，那么在这个例子中使用volatile有什么用？

很好的答案，可以提到在示例中，some_int的值可以被另一个线程或中断例程改变，这是代码将失败的两个示例，只是为了澄清。（-这应该回答了你的评论）

因此，由于值可能从程序之外被更改，缓存变量的内容也会被volatile使用禁用吗？

不明白，这是否意味着如果程序员忘记在应该使用"volatile"的地方使用它，编译器可能会生成错误的二进制可执行文件？有人能提供一个验证这个概念的示例代码吗？谢谢。

：我不认为有人有时间来编写一个验证这个概念的示例代码，因为那是一项困难的任务。请注意，没有volatile并不保证变量的加载会被优化掉。只是volatile的存在确保它不会被优化掉，即使在没有关键字的情况下也很可能发生这种情况；不同之处在于volatile的不存在不保证这一点。

一个程序可以访问另一个程序的内存吗？

是的，一个程序可以访问另一个程序的内存。一个例子是操作系统可以访问任何它想要的内存，无论它是否属于它。另一个例子是两个访问由mmap创建的共享缓冲区的程序，例如。

我在过去的某个地方读到volatile是为了确保一个变量占据一个内存空间，并且不会被编译器优化掉。对我来说，这个意义对volatile的很多可能用途都有意义。我猜，volatile现在在内部更高级，不总是需要实际的内存空间来存储变量。是这样吗？请帮我澄清一下。

：如果它不需要实际的内存空间，那么值将存储在哪里？以这样的方式思考：volatile int val = 10;，那么&val指向一个有效的地址吗？

，所以可以说，即使在当前的内部实现中，volatile始终为变量提供内存空间吗？我读过stackoverflow上关于volatile影响的几个答案和评论，让我好奇和困惑的是，他们只说"编译器不会优化掉"，而不是自信地说"它确保为变量提供内存空间"。所以我想可能现在有一些更多/替代的东西在volatile内部，除了给它提供"内存空间"，仍然可以实现"易变性"。

，是的，这就是我从我在这里的第一条评论中担心的。多年来，我相信volatile是为了确保变量在内存中，而这对我很有帮助。但是最近，包括在这个stackoverflow页面上，我没有读到任何一个自信地说volatile变量将占据内存空间，而是像：“编译器不会优化掉”，让我想：“也许现在有一些其他的东西了”。我希望你能理解我的观点，我觉得我们在“不同的页面”。但是尽管我读过的所有东西，我想我还是会选择我所知道的volatile的旧含义。

提供volatile所需的语义可能需要确保变量在某个特定平台上具有内存空间。对于已经存在或将来可能存在的所有平台，无法知道这是否是必需的。哪怕可以想象一个只有CPU寄存器的平台，只有很多很多寄存器。

volatile用于修复在没有一致内存的系统上出现的许多问题，比如PS3、XboxOne等。要完全理解volatile关键字，必须了解一致内存和非一致内存的区别。

通过ptrace或类似的方式，在支持程序调试的任何操作系统上访问另一个程序的内存。volatile保证在停止执行到一个序列点时（也可以使用ptrace停止线程），可以检查变量的值（它按照ABI表示）甚至进行修改。

另一个线程也可以是"你甚至不知道的一些XYZ"吗？

：是的。可能是！

你是否可以分享一个以下情况的示例：“...来自编译器不知道的程序外部更改了some_int的值，因为它看不到，但这是你设计的方式...”？

哦，你应该写一本令人愉快的C++圣经

这个答案是错误的。你给出的例子中行为的改变是由翻译器进行的语法树优化引起的（不是由标准指定的）。此外，标准明确指出这种行为不被保证（标记为volatile的变量将在存储后进行加载）。你引用的标准部分与抽象执行引擎有关，它有一个非常明确的一组优化，编译器可以执行（gcc/clang不遵守volatile关键字的限制，并且大多数情况下将其委托给-O标志）。

："标记为volatile的变量将在存储后进行加载"。哪部分规范说了这个？

我的意思是，标记为volatile的变量将在存储后进行加载，而不是在寄存器中重用值。至于标准，在C11第6.7.3节中，参见第7款。最初它声明：“此外，在每个序列点上，对象中最后存储的值应符合抽象机器所规定的值，除非被之前提到的未知因素修改”-大多数编译器将其解释为每次都进行加载。紧接着它又声明对volatile的访问是实现定义的（所以你的解释可能不同）。

：我不明白你对这个答案的反驳是什么。我也发现很难将你的说法与你从规范中引用的文本联系起来。你能否详细解释一下？或者发表一个答案？或者在github上发布一个gist并在这里发布链接？

当阻止编译器执行某些优化时，如果这些优化恰好可以由CPU、内存控制器、操作系统、系统库、驱动程序或系统的任何其他组件执行，那么这有什么帮助呢？由于volatile不能保证阻止编译器进行优化的任何特定效果，除非在提供实际保证的特定平台上使用，否则它有什么用处？