17.6 volatile 变量

C 语言使用的内存模型是弱一致模型。比如下面这段代码：

int x,y; x = 1;
y = 2;
x = 3;

如我们所见，指令是可能被编译器重排序的。编译器还会推断认为第一次的赋值语句是 dead code，因为同一个变量马上就被重新赋了一次值。因为这句没什么用，我们甚至可以直接删掉这条语句。

volatile 关键字解决的就是这种问题。它强制编译器永远不要优化任何针对 volatile 类型的变量的读写操作，同时禁止相关的指令重排。然而，这种限制只会针对一个单独的变量，无法保证写入不同的 volatile 变量的顺序。例如，在前面的代码中，即使把 x 和 y 都换成 volatile 变量，也只能保证单独一个变量的赋值操作顺序不被交换，但不能阻止我们按下面的顺序把指令进行交换：

volatile int x, y;
x = 1;
x = 3;
y = 2;

或者像这样：

volatile int x, y;
y = 2;
x = 1;
x = 3;

显然，这种保障对于多线程程序来说并不足够。你不能使用 volatile 变量来组织对共享数据的访问，因为访问操作还是可能被随意的交换顺序。

想要安全地访问数据，至少需要下面两个保证：

• 读或写确实地被执行，不能只是将值缓存在寄存器中，不写回到内存。 这也是 volatile 这个关键字本身可以保证的。这个特性对于进行内存映射的 I/O 已经足够了，不过对于多线程程序来说还不够。

• 内存重排不能出现。我们假设使用 volatile 变量作为了程序的一个 flag，来标识数据是否已经对读取就绪。代码准备好数据，然后再设置 flag 的值，但重排序会导致 flag 的设置跳到了数据准备之前。 硬件重排和编译器重排都是有可能的。volatile 没有办法提供这种保证。

本章中我们会学习两种能够提供上述保证的手段：

• 内存屏障
• C11 引入的原子变量

直接使用 volatile 变量的场合比较罕见。因为 volatile 会阻止编译器对代码进行优化，不符合我们的意图。