前言

volatile的中文意思是易变的，但这个易变和mutable是不同的含义。mutable是指编译期的易变，根据语法编译器默认不会让我们修改某些变量，但是加上mutable让编译器知道我们要修改的态度很强硬。而volatile的易变是指运行期的易变，这些变化是编译器无法感知的变化，让编译器不要瞎优化。

volatile如何影响编译结果

例一

编译器会将其认为无用的死代码优化掉。

int main(){    int* reg = 0x123456; // 假设0x123456是某个特殊寄存器的地址    *reg = 0x1;    *reg = 0x2;    *reg = 0x3;    *reg = 0x4;    return 0;}

上面的代码通过g++ a.cpp -O2编译后，你会发现只有*reg = 0x4;生效了，其他语句被优化掉了。

0x0000000000400540 <+0>: movl   $0x4,0x123456   0x000000000040054b <+11>:    xor    %eax,%eax   0x000000000040054d <+13>:    retq

一般情况下，这没有什么影响，但是上例中的代码实际是初始化某个设备的状态，任何状态的赋值都不能被省略，否则可能导致设备异常无法工作，此时就需要用到volatile。当加上volatile修饰后，同样通过g++ a.cpp -O2编译后，没有任何语句被优化掉

0x0000000000400540 <+0>: movl   $0x1,0x123456   0x000000000040054b <+11>:    xor    %eax,%eax   0x000000000040054d <+13>:    movl   $0x2,0x123456   0x0000000000400558 <+24>:    movl   $0x3,0x123456   0x0000000000400563 <+35>:    movl   $0x4,0x123456   0x000000000040056e <+46>:    retq

例二

因为寄存器速度快，所以编译器会使用寄存器达到优化的目的，避免频繁操作内存。

玩过单片机或者ARM板的同学肯定都写过跑马灯程序，下面的程序就算简单模拟一下LED灯忽闪忽闪。

int main(){    int* a = (int*)0x123456;     for( int i = 0; i < 1000; ++i ){        *a = ~(*a); // 反复取反，开关LED灯        sleep( 1 );    }    return 0;}

通过g++ a.cpp -O2编译后，你会发现每次取反后的值都保存在寄存器edx中，只在最后把edx里的值保存到了0x123456，这相当于只开关了LED灯一次，不符合预期。

0x0000000000400540 <+0>: mov    0x123456,%edx   0x0000000000400547 <+7>: mov    $0x3e8,%eax   0x000000000040054c <+12>:    nopl   0x0(%rax)   0x0000000000400550 <+16>:    sub    $0x1,%eax   0x0000000000400553 <+19>:    not    %edx   0x0000000000400555 <+21>:    jne    0x400550 
    
        0x0000000000400557 <+23>:    mov    %edx,0x123456   0x000000000040055e <+30>:    xor    %eax,%eax   0x0000000000400560 <+32>:    retq
    

当加上volatile后，每次取反结果都会存入0x123456，开关LED灯1000次符合预期。

=> 0x0000000000400540 <+0>: mov    $0x3e8,%edx   0x0000000000400545 <+5>: nopl   (%rax)   0x0000000000400548 <+8>: mov    0x123456,%eax   0x000000000040054f <+15>:    sub    $0x1,%edx   0x0000000000400552 <+18>:    not    %eax   0x0000000000400554 <+20>:    mov    %eax,0x123456      # 每次取反结果都会存入0x123456   0x000000000040055b <+27>:    jne    0x400548 
    
        0x000000000040055d <+29>:    xor    %eax,%eax   0x000000000040055f <+31>:    retq
    

上面这个例子还可以反一下，即程序统计外部开关LED灯的开关次数（通过中断感知），如果使用寄存器优化的话，CPU可能只感知到一次变化。

例三

编译器可以重排指令方便指令流水化处理，达到优化目的。

int main(){    int* a = (int*)0x123456;  // 0x123456是某个设备地址    *a = 0x1; // 开启该设备    int* b = (int*)0x654321; // 0x654321是该设备的数据读取地址    printf( "%d\n", *b ); // 读取该地址的数据    return 0;;}

上面代码的逻辑是开启某个设备后，从该设备指定地址读取数据，存在因果关系，但编译器无法识别。因此通过g++ a.cpp -O2编译后，你会发现*b被提前了，程序不符合预期。

=> 0x0000000000400590 <+0>: sub    $0x8,%rsp   0x0000000000400594 <+4>: mov    0x654321,%esi # 先从0x654321读取数据放入esi作为printf的第二个参数，也就是先执行了*b   0x000000000040059b <+11>:    movl   $0x1,0x123456 # 后将0x1设置到0x123456   0x00000000004005a6 <+22>:    mov    $0x400760,%edi # "%d\n"放入edi作为printf的第一个参数   0x00000000004005ab <+27>:    xor    %eax,%eax   0x00000000004005ad <+29>:    callq  0x400530 
    
        0x00000000004005b2 <+34>:    xor    %eax,%eax   0x00000000004005b4 <+36>:    add    $0x8,%rsp   0x00000000004005b8 <+40>:    retq
    

使用volatile修饰a和b后，指令执行顺序符合预期

=> 0x0000000000400590 <+0>: sub    $0x8,%rsp   0x0000000000400594 <+4>: movl   $0x1,0x123456 # 先将0x1设置到0x123456   0x000000000040059f <+15>:    mov    0x654321,%esi # 后从0x654321读取数据放入esi作为printf的第二个参数，也就是先执行了*b   0x00000000004005a6 <+22>:    mov    $0x400760,%edi   0x00000000004005ab <+27>:    xor    %eax,%eax   0x00000000004005ad <+29>:    callq  0x400530 
    
        0x00000000004005b2 <+34>:    xor    %eax,%eax   0x00000000004005b4 <+36>:    add    $0x8,%rsp   0x00000000004005b8 <+40>:    retq
    

结语

volatile保证了单一执行线程内，对其修饰的变量的访问不能被优化，以及对另一先序或后序该volatile变量的volatile变量的访问不会被重排序。

从上面的例子能看看出，嵌入式开发中，volatile会比较常用，但在普通应用开发中其实很少用到，一般配合信号处理函数使用。

volatile并不能保证多线程安全。

上述代码运行必崩溃，看看意思就好。

gcc version 4.8.5 20150623