详解linux volatile关键字-凯发app官方网站

     volatile总是与优化有关，编译器有一种技术叫做数据流分析，分析程序中的变量在哪里赋值、在哪里使用、在哪里失效，分析结果可以用于常量合并，常量传播等优化，进一步可以死代码消除。但有时这些优化不是程序所需要的，这时可以用volatile关键字禁止做这些优化，volatile的字面含义是易变的，它有下面的作用： 
 1 不会在两个操作之间把volatile变量缓存在寄存器中。在多任务、中断、甚至setjmp环境下，变量可能被其他的程序改变，编译器自己无法知道，volatile就是告诉编译器这种情况。
2 不做常量合并、常量传播等优化，所以像下面的代码： 
volatile int i = 1; 
if (i > 0) ... 
if的条件不会当作无条件真。 
3 对volatile变量的读写不会被优化掉。如果你对一个变量赋值但后面没用到，编译器常常可以省略那个赋值操作，然而对memory mapped io的处理是不能这样优化的。 
    前面有人说volatile可以保证对内存操作的原子性，这种说法不大准确，其一，x86需要lock前缀才能在smp下保证原子性，其二，risc根本不能对内存直接运算，要保证原子性得用别的方法，如atomic_inc。 
    对于jiffies，它已经声明为volatile变量，我认为直接用jiffies 就可以了，没必要用那种复杂的形式，因为那样也不能保证原子性。 
    你可能不知道在pentium及后续cpu中，下面两组指令 
inc jiffies 
;; 
mov jiffies, �x 
inc �x 
mov �x, jiffies 
作用相同，但一条指令反而不如三条指令快。
三、编译器优化 → c关键字volatile → memory破坏描述符zz

    “memory”比较特殊，可能是内嵌汇编中最难懂部分。为解释清楚它，先介绍一下编译器的优化知识，再看c关键字volatile。最后去看该描述符。 
1、编译器优化介绍 
     内存访问速度远不及cpu处理速度，为提高机器整体性能，在硬件上引入硬件高速缓存cache，加速对内存的访问。另外在现代cpu中指令的执行并不一定严格按照顺序执行，不相关性的指令可以乱序执行，以充分利用cpu的指令流水线，提高执行速度。以上是硬件级别的优化。再看软件一级的优化：一种是在编写代码时由程序员优化，另一种是由编译器进行优化。编译器优化常用的方法有：将内存变量缓存到寄存器；调整指令顺序充分利用cpu指令流水线，常见的是重新排序读写指令。对常规内存进行优化的时候，这些优化是透明的，而且效率很好。由编译器优化或者硬件重新排序引起的问题的解决办法是在从硬件（或者其他处理器）的角度看必须以特定顺序执行的操作之间设置内存屏障（memory barrier），linux 提供了一个宏解决编译器的执行顺序问题。 
void barrier(void) 
     这个函数通知编译器插入一个内存屏障，但对硬件无效，编译后的代码会把当前cpu寄存器中的所有修改过的数值存入内存，需要这些数据的时候再重新从内存中读出。 
2、c语言关键字volatile 
     c语言关键字volatile（注意它是用来修饰变量而不是上面介绍的__volatile__）表明某个变量的值可能在外部被改变，因此对这些变量的存取不能缓存到寄存器，每次使用时需要重新存取。该关键字在多线程环境下经常使用，因为在编写多线程的程序时，同一个变量可能被多个线程修改，而程序通过该变量同步各个线程，例如： 
dword __stdcall threadfunc(lpvoid signal) 
{ 
int* intsignal=reinterpret_cast(signal); 
*intsignal=2; 
while(*intsignal!=1) 
sleep(1000); 
return 0; 
} 
     该线程启动时将intsignal 置为2，然后循环等待直到intsignal 为1 时退出。显然intsignal的值必须在外部被改变，否则该线程不会退出。但是实际运行的时候该线程却不会退出，即使在外部将它的值改为1，看一下对应的伪汇编代码就明白了： 
mov ax,signal 
label: 
if(ax!=1) 
goto label 
     对于c编译器来说，它并不知道这个值会被其他线程修改。自然就把它cache在寄存器里面。记住，c 编译器是没有线程概念的！这时候就需要用到volatile。volatile 的本意是指：这个值可能会在当前线程外部被改变。也就是说，我们要在threadfunc中的intsignal前面加上volatile关键字，这时候，编译器知道该变量的值会在外部改变，因此每次访问该变量时会重新读取，所作的循环变为如下面伪码所示： 
label: 
mov ax,signal 
if(ax!=1) 
goto label 
3、memory 
      有了上面的知识就不难理解memory修改描述符了，memory描述符告知gcc： 
1）不要将该段内嵌汇编指令与前面的指令重新排序；也就是在执行内嵌汇编代码之前，它前面的指令都执行完毕 
2）不要将变量缓存到寄存器，因为这段代码可能会用到内存变量，而这些内存变量会以不可预知的方式发生改变，因此gcc插入必要的代码先将缓存到寄存器的变量值写回内存，如果后面又访问这些变量，需要重新访问内存。 
     如果汇编指令修改了内存，但是gcc 本身却察觉不到，因为在输出部分没有描述，此时就需要在修改描述部分增加“memory”，告诉gcc 内存已经被修改，gcc 得知这个信息后，就会在这段指令之前，插入必要的指令将前面因为优化cache 到寄存器中的变量值先写回内存，如果以后又要使用这些变量再重新读取。 
     使用“volatile”也可以达到这个目的，但是我们在每个变量前增加该关键字，不如使用“memory”方便。

四 volatile深入理解
1)一个参数既可以是const还可以是volatile吗？解释为什么。
2); 一个指针可以是volatile 吗？解释为什么。
3); 下面的函数有什么错误：

int square(volatile int *ptr)
{
return *ptr * *ptr;
}

下面是答案：
1)是的。一个例子是只读的状态寄存器。它是volatile因为它可能被意想不到地改变。它是const因为程序不应该试图去修改它。
2); 是的。尽管这并不很常见。一个例子是当一个中服务子程序修该一个指向一个buffer的指针时。
3) 这段代码有点变态。这段代码的目的是用来返指针*ptr指向值的平方，但是，由于*ptr指向一个volatile型参数，编译器将产生类似下面的代码：

int square(volatile int *ptr)
{
int a,b;
a = *ptr;
b = *ptr;
return a * b;
}

由于*ptr的值可能被意想不到地该变，因此a和b可能是不同的。结果，这段代码可能返不是你所期望的平方值！正确的代码如下：

long square(volatile int *ptr)
{
int a;
a = *ptr;
return a * a;
}