Compiler- volatile关键字

为了直观的感受编译器为程序所做的编译优化，我们通过以下的C++程序来进行演示（只能体现编译优化的一小部分hh~）。

请大家预测一下下面代码的输出结果

#include <iostream>

int main(void)
{
	const volatile int local = 10;
	int* ptr = (int*)&local;

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

	*ptr = 100;

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

    return 0;
}

可能大家会想，const修饰的变量怎么还能被修改了呢？（或者是这样想，这不就是通过指针把指向地址的内容给修改了嘛，没有难度呀！）

好，下面我们对此做出解释：

（1）对于持这种观点的读者（const修饰的变量怎么还能被修改了呢？），我们对程序做以下修改（增加一行 local = 20）。

#include <iostream>

int main(void)
{
	const volatile int local = 10;
    // const int local = 10;
	int* ptr = (int*)&local;

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

	*ptr = 100;
    local = 20;

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

    return 0;
}

然后再进行编译，结果如下。

这说明const还是起作用的，编译报错，说表达式必须是可修改的左值，而现在的这个左值是只读的。而我们这个代码之所以能够修改local，就是因为我们通过使用一个指针ptr（将经过int *类型转换的&local赋给它）的缘故。

（2）对于持这种观点的读者（这不就是通过指针把指向地址的内容给修改了嘛），我们再对代码进行修改（待我把volatile去掉，再运行一下）

#include <iostream>

int main(void)
{
	// const volatile int local = 10;
    const int local = 10;
	int* ptr = (int*)&local;

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

	*ptr = 100;

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

    return 0;
}

嘿嘿，这个结果是不是比较出乎意料呢？为啥捏？

下面我们来看看volatile关键字的定义

volatile关键字旨在防止编译器对对象进行任何优化，这些对象可能被修改，而这种修改编译器无法确定。
声明为volatile的对象从优化中被省略，因为它们的值可以随时通过当前代码范围之外的代码进行更改。 系统总是从内存位置读取volatile对象的当前值，而不是在请求时将其值保存在临时寄存器中，即使先前的指令要求从同一对象中获取值。

由于访问内存比访问寄存器差不多要慢一个数量级，所以常见的优化有，如果编译器认为一个变量的值在一段时间内不会被修改，那么它就把这个变量从内存保存到寄存器，然后需要用的时候从寄存器（而不是内存）进行读取。

如果一个变量被声明为volatile，这就是在提醒编译器，这个变量不知道啥时候就要被修改了，所以你不要保存它，每次都要读取最新的值。因此，上述代码中的local变量有volatile修饰的时候，一旦被修改，立刻会被反映出来，但如果没有volatile修饰，编译器会认为，这个local变量是const修饰的（是个常量），那么我就没必要去读内存了，直接从寄存器中把这个值读出来就好了，虽然我们此时利用指针ptr修改了内存中的值，但是print的时候，仍然是读取的寄存器中的10。而用volatile就不会出现这种情况，它总是会去读内存中的值。

为了更加深入的了解volatile的作用，我们对上述程序做以下处理：

●    将不用volatile修饰local变量的C++程序（上面的第三个代码块），编译后生成的可执行文件，记为test。

●    将使用volatile修饰local变量的C++程序（上面的第一个代码块），编译后生成的可执行文件，记为testv。

分别对这两个可执行文件反汇编，看看在汇编代码中是如何体现这种区别的。

我们可以看到，在没有volatile修饰的情况下，编译器对程序做了优化，直接把变量local变成0xa（十进制10），所有用到local的地方甚至都没有去寄存器中取，而是直接把0xa（十进制10）拿过来用了。

而在有volatile修饰的情况下，还是老老实实地从内存中取到eax寄存器，然后再把eax寄存器中的值放到esi，所以print出来的是最新的值。

以上为中科大软件学院《编译工程》课后总结，感谢郭燕老师的倾心教授，老师讲的太好啦(^_^)