C++98：在多线程应用程序中访问共享全局对象需要 volatile答案

【问题标题】：C++98: is volatile needed for access to shared global objects in a multithreaded applicationC++98：在多线程应用程序中访问共享全局对象需要 volatile
【发布时间】：2020-11-14 00:20:20
【问题描述】：

遗憾的是，我被 C++98 卡住了，我在嵌入式应用程序中使用它。

我的问题是：我有一个多线程应用程序，具有各种全局共享变量（邪恶，我知道）。我确实使用互斥锁保护对它们的每次访问。我是否还需要将这些全局变量声明为 volatile，以防止编译器优化对它们的访问？

网上搜了一下，好像volatile对于多线程是绝对没用的，但是很多文章都是和C++11相关的，里面确实介绍了一个识别线程的内存模型，但是我是在C++98的地盘。我还发现了一些资源表明 volatile 在我的情况下反而有用，例如 this Barr Group's article。

让我强调一个事实，即我根本不想摆脱互斥锁，或者尝试无锁编程。互斥锁绝对保留，我只是想了解是否需要 volatile 关键字。

【问题讨论】：

使用互斥锁。 volatile 不能保护您免受竞争条件的影响
@bobra 我对他们问题的解读是他们理解这一点。
我担心的不是竞态条件，而是编译器优化。
stackoverflow.com/questions/50951011/… 表示互斥锁可以保护您免受 cpu 重新排序，而stackoverflow.com/questions/11172922/… 弱建议您可以避免编译器重新排序。
@fraben 编译器并没有你想象的那么糟糕：D volatile 强制你的程序在内存中读/写这个变量，而不是使用 cpu 缓存。

标签： multithreading volatile c++98

【解决方案1】：

我是否还需要将这些全局变量声明为 volatile，以防止编译器优化对它们的访问？

没有。如果你这样做了，你仍然会遇到麻烦，因为volatile 是不够的——编译器以外的东西（例如 CPU、发布缓冲区和内存控制器）也可以优化访问。

我相信您已经在其他地方读到过，volatile 在 C++98 中没有定义的多线程语义。因此，除非它在您的特定线程标准中使用（您没有指定），否则它对您完全没用。

您的代码大概正确地使用了互斥锁。不允许任何优化破坏仅依赖于相关标准或实现提供的保证的代码。因此，如果您正确使用互斥锁，那么您的代码就可以保证工作。

【讨论】：

感谢您的回答 :) 我真的不希望 volatile 有任何特定的多线程语义。让我担心的是，互斥锁与它所保护的变量没有任何关系，因此编译器可能会尝试优化。例如，我在betterembsw.blogspot.com/2014/06/… 读到了这篇文章。在cmets部分，帖子的作者基本都说了我刚刚写的。
@fraben 你担心错了。编译器不是系统中唯一允许优化代码的东西。系统中的一切都可以优化代码，包括CPU、内存控制器等。保护自己的最好方法是正确使用互斥锁。不允许任何东西破坏正确的代码。除非你的线程库文档说 volatile 对线程做了特别的事情，否则期望它做任何特别的事情是一个巨大的错误。

【解决方案2】：

关键字volatile是什么意思？

您强制您的程序始终将您的变量读/写到内存中（例如每次缓存未命中）。总是（CPU->L1->L2->L3->Bus->Memory和Memory->Bus->L3->L2->L1->CPU）实际上它会减慢你的程序，所以你不应该在确切需要之前使用它。

您可能知道编译器可能会进行一些优化，但这些优化不会影响/更改您的程序逻辑。

示例 1：

int d = 5; 
int b = 10;
for (int i=0; i < 1e9; i++){
    cout << i;
    b++;
}
cout << d; // d may be created only here, or not created at all. compiler may just cout << 5;
      // var b - seems to be skipped at all due to being unused

示例 2：

int a = 0;
for (int i = 0; i < 10; i++){
    a++;
    sleep(1000);
}
cout << a;

// this code could be compiled like the following one
sleep(10000); 
cout << 10;

关键字volatile 阻止您的var 进行此类优化。即 vars a, b 将被创建并递增，缓存也总是丢失。

这是使用volatile 的最常见用例之一：

您有一个附加到 var 地址的第三方传感器或记分牌，它的值始终被读取并显示在记分牌上。所以在这种情况下，您需要volatile，以防止对其进行编译器优化，以便您的计分板可以显示正确的值。

我想现在你可以决定是否需要volatile

【讨论】：