1、概念

??volatile 是 C/C++ 語言中的一個類型修飾符，用于告知編譯器：該變量的值可能會在程序控制流之外被意外修改（如硬件寄存器、多線程共享變量或信號處理函數等），因此編譯器不應對其進行激進的優化（如緩存到寄存器或消除冗余讀取）。

??在程序運行時，編譯器通常會假設變量的值僅由當前線程或函數內的代碼修改，并據此進行優化（如循環內變量提升、指令重排等）。然而，在嵌入式開發、設備驅動編程或多線程環境中，某些變量的值可能被外部因素（如硬件中斷、信號處理器、其他線程）異步修改。此時，若未使用 volatile 修飾，編譯器可能生成錯誤的優化代碼，導致程序行為異常。

簡而言之，volatile 的作用是：

• 阻止編譯器優化：強制每次訪問變量時都從內存讀取，而非使用寄存器中的緩存值；
• 確保內存可見性：防止編譯器重排或省略對變量的訪問，保證操作順序符合預期；
• 適用于特殊場景：如硬件寄存器映射、信號處理、多線程共享變量（需配合其他同步機制）

volatile 并不解決所有并發問題（如原子性），但它是底層編程中確保正確內存訪問的重要工具。

2、代碼測試

下面是在 ARM 平臺的 C 語言測試，因為 ARM 是弱內存模型，更容易復現問題。

/**  volatile_test.c*/#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>// 全局變量，使用或不使用volatile修飾
int flag = 0;  // 嘗試改為 volatile int flag = 0; 觀察不同結果void handler(int sig) {flag = 1;printf("Signal handler set flag to 1\n");
}int main() {signal(SIGALRM, handler);alarm(1);  // 1秒后發送SIGALRM信號while(!flag) {// 空循環等待flag變化}printf("Main loop detected flag change\n");return 0;
}

2.1 測試結果

不使用 volatile 關鍵字，程序會卡死在 while 循環中：

liang@liang-virtual-machine:~/cfp$../arm-none-linux-gnueabi-gcc -O3 -g -o volatile_test volatile_test.c
liang@liang-virtual-machine:~/cfp$ ./volatile_test
Signal handler set flag to 1

使用 volatile，程序正常退出

liang@liang-virtual-machine:~/cfp$../arm-none-linux-gnueabi-gcc -O3 -g -o volatile_test volatile_test.c
liang@liang-virtual-machine:~/cfp$ ./volatile_test
Signal handler set flag to 1
Main loop detected flag change
liang@liang-virtual-machine:~/cfp$

2.2 反匯編

不使用 volatile：

liang@liang-virtual-machine:~/cfp$../arm-none-linux-gnueabi-objdump -S volatile_test
......
int main() {83cc:	e92d4010 	push	{r4, lr}signal(SIGALRM, handler);83d0:	e59f1030 	ldr	r1, [pc, #48]	; 8408 <main+0x3c>83d4:	e3a0000e 	mov	r0, #14	; 0xe83d8:	ebffffc5 	bl	82f4 <_init+0x38>alarm(1);  // 1秒后發送SIGALRM信號83dc:	e3a00001 	mov	r0, #1	; 0x183e0:	ebffffc9 	bl	830c <_init+0x50>83e4:	e59f3020 	ldr	r3, [pc, #32]	; 840c <main+0x40>83e8:	e5932000 	ldr	r2, [r3]		      ; 從內存讀取 flag 值到 r283ec:	e3520000 	cmp	r2, #0	; 0x0		  ; 比較 r2 的值83f0:	1a000000 	bne	83f8 <main+0x2c>	  ; 如果 r2≠0，跳轉到 83f8 位置83f4:	eafffffe 	b	83f4 <main+0x28>      ; 無條件跳轉到自身(無限循環)while(!flag) {// 空循環等待flag變化}printf("Main loop detected flag change\n");83f8:	e59f0010 	ldr	r0, [pc, #16]	; 8410 <main+0x44>83fc:	ebffffc5 	bl	8318 <_init+0x5c>return 0;
}
......

??可以看到，編譯器對 while 循環做了優化。編譯器只在循環開始前讀取一次 flag 的值到寄存器 r2。編譯器認為 flag 在循環內不會被修改，之后循環中不再重新從內存讀取 flag。同時，直接做了一個無條件跳轉到自身的優化：

83f4:	eafffffe 	b	83f4 <main+0x28>      ; 無條件跳轉到自身(無限循環)

---

??而對比使用 volatile 關鍵字，可以看到編譯器沒有對 while 循環做優化，每次循環都重新讀取 flag 的值：

liang@liang-virtual-machine:~/cfp$../arm-none-linux-gnueabi-objdump -S volatile_test
......
int main() {83cc:	e92d4010 	push	{r4, lr}signal(SIGALRM, handler);83d0:	e59f102c 	ldr	r1, [pc, #44]	; 8404 <main+0x38>83d4:	e3a0000e 	mov	r0, #14	; 0xe83d8:	ebffffc5 	bl	82f4 <_init+0x38>alarm(1);  // 1秒后發送SIGALRM信號83dc:	e3a00001 	mov	r0, #1	; 0x183e0:	ebffffc9 	bl	830c <_init+0x50>83e4:	e59f201c 	ldr	r2, [pc, #28]	; 8408 <main+0x3c>while(!flag) {83e8:	e5923000 	ldr	r3, [r2]			; 每次循環都重新讀取flag83ec:	e3530000 	cmp	r3, #0	; 0x0		; 如果≠0跳轉到退出83f0:	0afffffc 	beq	83e8 <main+0x1c>	; 繼續循環// 空循環等待flag變化}printf("Main loop detected flag change\n");83f4:	e59f0010 	ldr	r0, [pc, #16]	; 840c <main+0x40>83f8:	ebffffc6 	bl	8318 <_init+0x5c>return 0;
}
......