volatile在多线程中的应用

　　作者：曹忠明，华清远见嵌入式学院讲师。

　　volatile在词典中的意思是易变的，反复无常的。它在我们的程序设计中常常用到的。volatile是一个关键字，用来修饰一个变量，告诉编译器在编译的时候不要对其进行优化，在操作寄存器和多线程中这种用法是常见的。

　　有这样一个例子：

　　#include <stdio.h>

　　#include <pthread.h>

　　void my_func();

　　int? i;

　　int main()

　　{

　　pthread_t my_thread;

　　int err,k;

　　if ((err = pthread_create(&my_thread,NULL,(void *)my_func,NULL)) < 0)

　　perror("can't create thread:%s\n");

　　i = 2;

　　while(i == 2);

　　printf("main:%d\n",i);

　　while(1);

　　return 0;?

　　}

　　void my_func()

　　{

　　sleep(1);

　　i = 3;

　　printf("my_func:%d\n",i);

　　}

　　这个例子本意是想让主程序进入while（i == 2）这个循环，直到线程中将这变量i的值修改后跳出循环，可是结果是

　　my_func:3

　　这与想像中的结果完全不一样，是什么原因造成这样的结果呢？查看一下汇编代码，才知道，是编译器将这段代码给优化掉了，汇编代码如下：

　　.file   "test.c"

　　.section      .rodata.str1.1,"aMS",@progbits,1

　　.LC0:

　　.string           "my_func:%d\n"

　　.text

　　.p2align 4,,15

　　.globl my_func

　　.type      my_func, @function

　　my_func:

　　pushl      %ebp

　　movl      %esp, %ebp

　　subl $8, %esp

　　movl      $1, (%esp)

　　call     sleep

　　movl      $3, 4(%esp)

　　movl      $.LC0, (%esp)

　　movl     $3, i

　　call    printf

　　leave

　　ret

　　.size my_func, .-my_func

　　.section      .rodata.str1.1

　　.LC1:

　　.string      "can't create thread:%s\n"

　　.text

　　.p2align 4,,15

　　.globl main

　　.type      main, @function

　　main:

　　leal      4(%esp), %ecx

　　andl $-16, %esp

　　pushl      -4(%ecx)

　　pushl      %ebp

　　movl      %esp, %ebp

　　pushl      %ecx

　　subl $36, %esp

　　leal      -8(%ebp), %eax

　　movl      $0, 12(%esp)

　　movl      $my_func, 8(%esp)

　　movl      $0, 4(%esp)

　　movl      %eax, (%esp)

　　call    pthread_create

　　testl %eax, %eax

　　js      .L9

　　.L4:

　　movl      $2, i

　　.L6:

　　jmp    .L6

　　.L9:

　　movl      $.LC1, (%esp)

　　call    perror

　　jmp    .L4

　　.size main, .-main

　　.comm      i,4,4

　　.ident      "GCC: (GNU) 4.1.3 20080623 (prerelease) (Ubuntu 4.1.2-23ubuntu3)"

　　.section      .note.GNU-stack,"",@progbits

　　在定义变量i的时候添加上volatile后:

　　int volatile i;

　　的结果为：

　　my_func:3

　　main:3

　　这个结果显然达到了我们预期的效果，再查看一下他的汇编代码，会看到那个带有条件的循环语句。

　　.file      "test.c"

　　.section      .rodata.str1.1,"aMS",@progbits,1

　　.LC0:

　　.string      "my_func:%d\n"

　　.text

　　.p2align 4,,15

　　.globl my_func

　　.type      my_func, @function

　　my_func:

　　pushl      %ebp

　　movl      %esp, %ebp

　　subl $8, %esp

　　movl      $1, (%esp)

　　call   sleep

　　movl     $3, i

　　movl      i, %eax

　　movl      $.LC0, (%esp)

　　movl      %eax, 4(%esp)

　　call  printf

　　leave

　　ret

　　.size my_func, .-my_func

　　.section      .rodata.str1.1

　　.LC1:

　　.string      "can't create thread:%s\n"

　　.LC2:

　　.string      "main:%d\n"

　　.text

　　.p2align 4,,15

　　.globl main

　　.type      main, @function

　　main:

　　leal      4(%esp), %ecx

　　andl $-16, %esp

　　pushl      -4(%ecx)

　　pushl      %ebp

　　movl      %esp, %ebp

　　pushl      %ecx

　　subl $36, %esp

　　leal      -8(%ebp), %eax

　　movl      $0, 12(%esp)

　　movl      $my_func, 8(%esp)

　　movl      $0, 4(%esp)

　　movl      %eax, (%esp)

　　call    pthread_create

　　testl %eax, %eax

　　js      .L13

　　.L4:

　　movl      $2, i

　　.L6:

　　movl      i, %eax

　　cmpl      $2, %eax

　　je     .L6

　　mov      i, %eax

　　movl      $.LC2, (%esp)

　　movl      %eax, 4(%esp)

　　call    printf

　　.L8:

　　jmp   .L8

　　.L13:

　　movl      $.LC1, (%esp)

　　call   perror

　　.p2align 4,,3

　　jmp   .L4

　　.size main, .-main

　　.comm      i,4,4

　　.ident      "GCC: (GNU) 4.1.3 20080623 (prerelease) (Ubuntu 4.1.2-23ubuntu3)"

　　.section      .note.GNU-stack,"",@progbits

　　比较红色部分就会看到是什么造成这种差异了！

　　为什么加上volatile和不加就有这么大的差距的，原因是每次使用变量都去内存中取值，然后通过系统总线传到CPU处理，会增加很大的开销，所以在CPU的cache中位变量啊做了一个副本，通过这个副本来进行赋值。在程序中首先对i 进行复制“i = 2”，然后又将i和2进行比较“i == 2”编译器认为i的值是2，没有变化，认为这个比较没有意义就将其优化掉了，将程序陷入无条件的死循环中，在线程my_func中修改i 的值夜就没有意义了，终结果就是我么看到了那样了，加上volatile编译器就不会优化了，每次都被迫去内存中去取值，达到了我们预期的结果。

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