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Linux | C语言中volatile关键字的理解

article 2024/11/16 1:42:44

前言

一、代码引入

二、现象解释

三、具体引用

前言

本章主要讲解介绍volatile关键的作用与使用场合；深刻理解volatile关键字；本文你需要有信号相关的基础知识；

Linux | 信号-CSDN博客

一、代码引入

首先，我们来查看下面这段代码；

#include <iostream>
#include <signal.h>

// 定义全局变量
int flag = 1;

void handler(int signum)
{
    (void)(signum); // 防止编译器警告
    std::cout << "change before flag:" << flag << std::endl;
    flag = 0;
    std::cout << "change after flag:" << flag << std::endl;
}

int main()
{
    // 对2号信号捕捉
    signal(SIGINT, handler);
    
    // 死循环
    while(flag);

    std::cout << "run here..." << std::endl;
    return 0;
}

当我们发送2号信号时，全局变量flag被改为了0，然后循环条件不满足，打印 run here 后退出；我们运行查看结果是否满足我们预期结果；如下所示；

第一个红色框起来的是我们编译程序所用指令；第二个红色框起来的是当我们按下 ctrl + c 发送2号信号时，程序如我么预期所料；

接下来，我们来介绍以下 gcc/g++ 的几个编译选项；如下图所示；

-O1、-O2、-O3分别为编译时三个不同等级的优化，其中优化程度由低到高，我们选择最高等级，再次编译运行代码；如下所示；

神奇的一幕发生了，我们发现我们无论按多少次 ctrl + c 都无法退出程序，我们发送2号信号，也被处理了，我们的全局变量flag不是被置为0了吗？为什么还是没有办法退出while循环呢？下面我们来仔细讲解这个神奇现象；

二、现象解释

实际上，这就是跟我们的编译器优化有关，我们把视角拉到代码中；如下图所示；

我们的while循环判断分为以上三个步骤，而当我们编译时对代码采用 O3 级别的优化时，我们的编译器检测到循环中没有对全局变量flag进行修改，因此直接将上面的步骤优化成了如下所示；

故即使我们发送2号信号将内存中的flag更改，但是判断时时候，依旧直接判断寄存器中flag的那个值；所以才会看到上述那种神奇现象；

三、具体引用

我们本文的主角volatile关键字就是为了防止这种编译器过度优化的现象，我们可以在定义flag变量的前面加上一个 volatile关键字，这样可以防止我们的变量flag参与被编译器编译的代码过度优化；

#include <iostream>
#include <signal.h>

// 定义全局变量(增加volatile关键字)
volatile int flag = 1;

void handler(int signum)
{
    (void)(signum); // 防止编译器警告
    std::cout << "change before flag:" << flag << std::endl;
    flag = 0;
    std::cout << "change after flag:" << flag << std::endl;
}

int main()
{
    // 对2号信号捕捉
    signal(SIGINT, handler);
    
    // 死循环
    while(flag);

    std::cout << "run here..." << std::endl;
    return 0;
}