本文轉自徐飛翔的“一文理解C語言中的volatile修飾符”
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前言
volatile修飾符是在嵌入式開發和多線程并發編程中常見的修飾符，理解其對于實踐過程非常有幫助，此文參考了[1]，并且附上了筆者的一些例子，希望對大家有所幫助。
volatile修飾符用于C語言和C++中，其意在阻止編譯器對其修飾對象進行任何形式的優化，有時候，這種編譯器“自作主張”的優化會導致編程者意想不到的結果，因此需要引入這個關鍵字進行限制。
當一個對象可能會被當前代碼以外的環境，在任何時刻被改變的時候，一個對象如果此時被聲明為了volatile，那么其就可以脫離編譯器的優化過程。當需要讀取該數據的時候，系統總是會重新從內存位置中讀取當前的volatile類型的數據，而不是直接取其在寄存器中的值，我們要知道，為了執行效率，即便是你指定了要從之前的同一個對象中取值，編譯器在優化過程中也很可能會不直接從內存中讀取數據，而是直接采用寄存器中的值（我們將會從后續的例子中看到這個情況。），這個行為在一般情況下的確能夠提高程序的執行速率，畢竟數據從寄存器中讀取，要比從內存中讀取快上好幾個數量級。比如我們見一個簡單例子：
// sample.c
int main(){
int i = 10;
i = i;
return 0;
}在linux下用命令gcc -S sample.c編譯，我們得到了其匯編結果，我截取了其主體，如：
movl $10, -4(%rbp)而在sample.c的變量聲明中如果加上volatile修飾符，那么程序變成：
// sample.c
int main(){
volatile int i = 10;
i = i;
return 0;
}匯編后的結果為：
movl $10, -4(%rbp)
movl -4(%rbp), %eax
movl %eax, -4(%rbp)我們對比這兩次的匯編結果，我們發現，第一次沒有聲明其為易變的時候，編譯器分析了代碼的變量的關系，并且進行了優化，編譯器認為，我的變量i既然在下一步還需要賦值給自己，那么何必在重新從內存中讀取i的值呢，因此，從匯編來看，i = i這條c語言代碼其實是無效的。 在一般的編譯器優化中，因為編譯器可能會認為變量i是非易變的，如果其變化了，只能是因為程序員對其進行了顯式的賦值改變，因此在需要再次讀取變量i的值的時候，與其重新從內存中讀取，不如直接利用其已經讀入到寄存器中的值，畢竟寄存器比內存快得多。
但是我們要思考下，i = i;是不是沒有意義的代碼呢？我們很容易認為這個答案 是的確沒有意義。
但是，我們假設有一種情況，在int i = 10;之后，因為某種原因，比如硬件中斷，多線程的修改或者其他原因，導致此時i改變了，而不是初始的i = 10了，那么我們后續的代碼i = i;就變得非常重要，因為其需要讀取在內存中，新的值i，而不是簡單的將其忽視掉或者簡單地讀取內存中的值，注意到這個時候寄存器中的值已經是“過時”了的，如果任由編譯器去優化，那么你將永遠無法讀取傳感器的值（傳感器的值很多由硬件中斷讀取。）
通過上面的討論，我們便能理解這兩個不同的匯編結果了，在第二段匯編中，我們不僅通過movl $10, -4(%rbp)將直接數10傳輸到了內存-4(%rbp) （指的是寄存器%rbp中的地址所指向的內存偏移4個字節的內存位置，是相對尋址的指令），而且接下來還重新讀取了該內存位置的值，并且將其賦給了自己的這個內存位置（這個過程中，因為該變量可能是易變的，因此該內存可能會被其他程序給覆蓋，因此要重新讀取）。
重新回到我們的討論，那么什么時候我們需要用volatile這個修飾符呢？當屬于下面幾種情況的時候，應該考慮這個修飾符：
- 當全局變量會被中斷服務函數給修改的時候。例如一個全局變量可以表示一個外部數據接口（通常全局指針被引用為內存映射IO），這意味著該數據會被動態地更新。如果我們的代碼期望讀取數據接口的值，那么我們就應該將其定義為
volatile，以獲取其數據的最新值。如果我們不這么做，編譯器的優化過程會使得只讀取一次該接口的數據，并且將其加載到寄存器中，接下來都只能讀取該寄存器中的舊值了。 - 在多線程應用中的全局變量。在多線程通信中，有著多種通信方式：信號傳遞（message passing），郵箱（mail boxes），共享內存（shared memory）等。一個全局變量是共享內存的樸素形式。當兩個線程通過全局變量共享信息時，他們需要用
volatile進行修飾。因為線程是異步運行的，每個線程導致的全局變量的每次更新，都應該被其他線程重新從內存中獲取。為了消除編譯器優化導致的效果，這些全局變量必須要用volatile修飾。
如果我們不用volatile修飾，有可能會導致以下問題：
- 當編譯器優化開啟時，代碼可能不會正常工作。
- 當中斷發生時，代碼可能不會正常工作。
Reference
[1]. https://www.geeksforgeeks.org/understanding-volatile-qualifier-in-c/