[C++知识库]详解C/C++中volatile关键字

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一、volatile介绍

volatile限定符和const很相似，起到对类型额外的修饰作用，并且和可以构成重载。

二、对类型额外的修饰作用

1、当对象的值可能在程序的控制和检测之外被改变时，应该对该对象声明为volatile。
2、声明volatile后对象的创建不发生reorder(1、先分配内存，再调用构造去初始化这块内存，最后将m_instance指针指向这块内存；2、先分配内存，再将m_instance指针指向这这段内存，最后调用构造去初始化这块内存。reorder就是是指1和2两种不定的情况。)
3、不会在两个操作之间把volatile变量缓存在寄存器中，都会直接从变量地址中读取数据，不会出现副本（寄存器）和实际内存值不一致的现象。
4、一般volatile对debug版无作用，debug一般不做优化。
5、非volatile的引用不能绑定到volatile对象
6、如果一个类希望拷贝、移动和赋值其volatile声明的对象功能，则必须自定义该版本的拷贝、移动和赋值函数。

三、volatile使用场景：

1、中断服务程序中修改的供其它程序检测的变量需要加volatile；
2、多任务环境下各任务间共享的标志应该加volatile；
3、存储器映射的硬件寄存器通常也要加volatile说明，因为每次对它的读写都可能由不同意义；
另外，以上这几种情况经常还要同时考虑数据的完整性（相互关联的几个标志读了一半被打断了重写），在1中可以通过关中断来实现，2中可以禁止任务调度，3中则只能依靠硬件的良好设计了。

四、构成重载

#include <iostream>
class My
{
public:
	void show()
	{
		std::cout << "test_and_set\n";
	}
	void show() volatile
	{
		std::cout << "volatile\n";
	}
};

int main()
{
	My my1;
	volatile My my2;
	my1.show();				//优先重载非volatile
	my2.show();
	return 0;
}

1、test_and_set和clear接口都重载了volatile 接口
2、同const一致，但互不影响。重载调用关系也和const一致，volatile对象只能调用volatile接口，非volatile优先重载非volatile接口。

五、标准库原子量std::atomic_flag的实现分析

		// STRUCT atomic_flag
#define ATOMIC_FLAG_INIT	{0}
typedef struct atomic_flag
	{	// structure for managing flag with test-and-set semantics
	bool test_and_set(memory_order _Order = memory_order_seq_cst) volatile noexcept;
	bool test_and_set(memory_order _Order = memory_order_seq_cst) noexcept;
	void clear(memory_order _Order = memory_order_seq_cst) volatile noexcept;
	void clear(memory_order _Order = memory_order_seq_cst) noexcept;

	_Atomic_flag_t _My_flag;

	atomic_flag() noexcept = default;
	atomic_flag(const atomic_flag&) = delete;
	atomic_flag& operator=(const atomic_flag&) = delete;
	atomic_flag& operator=(const atomic_flag&) volatile = delete;
	} atomic_flag;

inline bool atomic_flag::test_and_set(memory_order _Order) volatile noexcept
	{	// atomically set *this to true and return previous value
	return (_Atomic_flag_test_and_set(&_My_flag, _Order));
	}

inline bool atomic_flag::test_and_set(memory_order _Order) noexcept
	{	// atomically set *this to true and return previous value
	return (_Atomic_flag_test_and_set(&_My_flag, _Order));
	}

inline void atomic_flag::clear(memory_order _Order) volatile noexcept
	{	// atomically clear *this
	_Atomic_flag_clear(&_My_flag, _Order);
	}

inline void atomic_flag::clear(memory_order _Order) noexcept
	{	// atomically clear *this
	_Atomic_flag_clear(&_My_flag, _Order);
	}

inline bool atomic_flag_test_and_set(volatile atomic_flag *_Flag) noexcept
	{	// atomically set *_Flag to true and return previous value
	return (_Atomic_flag_test_and_set(&_Flag->_My_flag, memory_order_seq_cst));
	}

inline bool atomic_flag_test_and_set(atomic_flag *_Flag) noexcept
	{	// atomically set *_Flag to true and return previous value
	return (_Atomic_flag_test_and_set(&_Flag->_My_flag, memory_order_seq_cst));
	}

inline bool atomic_flag_test_and_set_explicit(volatile atomic_flag *_Flag, memory_order _Order) noexcept
	{	// atomically set *_Flag to true and return previous value
	return (_Atomic_flag_test_and_set(&_Flag->_My_flag, _Order));
	}

inline bool atomic_flag_test_and_set_explicit(atomic_flag *_Flag, memory_order _Order) noexcept
	{	// atomically set *_Flag to true and return previous value
	return (_Atomic_flag_test_and_set(&_Flag->_My_flag, _Order));
	}

inline void atomic_flag_clear(volatile atomic_flag *_Flag) noexcept
	{	// atomically clear *_Flag
	_Atomic_flag_clear(&_Flag->_My_flag, memory_order_seq_cst);
	}

inline void atomic_flag_clear(atomic_flag *_Flag) noexcept
	{	// atomically clear *_Flag
	_Atomic_flag_clear(&_Flag->_My_flag, memory_order_seq_cst);
	}

inline void atomic_flag_clear_explicit(volatile atomic_flag *_Flag, memory_order _Order) noexcept
	{	// atomically clear *_Flag
	_Atomic_flag_clear(&_Flag->_My_flag, _Order);
	}

inline void atomic_flag_clear_explicit(atomic_flag *_Flag, memory_order _Order) noexcept
	{	// atomically clear *_Flag
	_Atomic_flag_clear(&_Flag->_My_flag, _Order);
	}

1、test_and_set和clear均实现volatile和非volatile两个版本。
2、类atomic_flag用于多任务环境下各任务间共享的标志

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