C++ volatile

volatile是一个类型修饰符，作用是告诉编译器：

这个变量的值随时可能被外部因素改变（不是由当前代码逻辑控制），因此 编译器不要对它进行优化，每次使用时都必须从内存中重新读取，而不是使用寄存器或缓存的值。

基本语法

volatile int x;

声明x是一个易变变量

使用场景

1. 硬件寄存器访问

   • 在嵌入式编程里，硬件寄存器的值可能随时由外部设备修改

    volatile unsigned int *UART_STATUS = (unsigned int*)0x4000;
    while ((*UART_STATUS & 1) == 0) {
        // 等待硬件置位
    }
   

2. 多线程共享变量

   • 当多个线程访问同一个变量时，如果没有增加volatile，编译器可能把值缓存到寄存器里，导致其他线程对该变量的修改不可见

    volatile bool stop = false;
   
    void therad_func() {
        while (!stop) {
            // 循环工作
        }
    }
   

   volatile 并不能保证原子性或内存可见性顺序，所以多线程同步更应该使用 std::atomic

3. 信号处理函数

   • 在信号处理函数（如SIGINT的handle）里修改的标志变量也常用volatile

volatile与const

volatile可以与const结合

const volatile int y;

这代表这个变量，代码里不能修改它，且编译器也不能假设它不变，必须每次从内存取

主要用于外部环境能修改变量，但是程序自身不应该修改的情况

例如：

1. 硬件寄存器只读

   • 程序访问一个温度传感寄存器，硬件会不断刷新它的值，但是程序只能读取不能覆盖写入

   ```c++ const volatile int TEMP_REG = (int)0x40001000; int t = *TEMP_REG; // 每次读取都要从硬件寄存器拿最新值

2. 只读状态标志

   • 某些MCU单片机的标志位，硬件更新，程序只能读不能写

3. 内存映射只读数据

   • 比如DMA缓冲区，外设会更新它，但代码只能读

实例

/* Compile code without optimization option */
#include <stdio.h>
int main(void) {
  const int local = 10;
  int *ptr = (int *)&local;

  printf("Initial value of local : %d \n", local);	// 10

  *ptr = 100;

  printf("Modified value of local: %d \n", local);	// 10

  return 0;
}

如果将local变量的声明修改为const volatile int local，那么第二次输出的结果才是20