volatile 用于信号处理程序和多线程

Question

据说信号处理程序需要volatile，例如，

volatile int flag = 1; // volatile is needed here?

void run() {
    while(flag) { /* do someting... */ }
}

void signal_handler(int sig) {
    flag = 0;
}

int main() {
    signal(SIGINT, sig_handler);
    run();
    // ...
}

据说 volatile 通常不用于多线程。但是在多线程中与上面类似的情况如何：

int flag = 1; // is volatile needed here?

void thread_function() {
    while(flag) { /* do someting... */ }
}

int main() {
    // pthread_create() to create thread_function()...
    sleep(10); // let thread_function run for 10 seconds
    flag = 0;
    // ...
}

在这两种情况下都应该使用 volatile 关键字吗？编译器对这两种情况的处理方式是否相同？

Answer 1

您可以从信号处理程序中修改的唯一非本地值是volatile sig_atomic_t 类型和原子类型的值。特别是，不允许写信给你的volatile int，如果你的信号处理程序运行，你有未定义的行为。

Answer 2

[intro.execution] 第 6 段中的 c++ 标准告诉：

当抽象机的处理因接收到信号而中断时，两者都不是的对象的值
— volatile std::sig_atomic_t nor 类型
— 无锁原子对象 (29.4)
在信号处理程序执行期间未指定，并且处理程序修改的任何不在这两个类别中的任何一个对象的值都将变为未定义。

因此，是的，对于信号处理程序，您必须使用volatile std::sig_atomic_t。

Answer 3

volatile 用于确保从其实际位置（在我们的例子中为内存）而不是从 CPU 寄存器中读取变量的内容。

换句话说，每当“外部”事件可能会改变变量的值时，您应该考虑使用volatile（“外部” - 如在相关代码块之外）。

在您的两个示例中，您都使用变量作为标志来表示行为发生变化。在这两个示例中，此标志由正在查看标志的循环“外部”的事件控制。因此，这两个示例都需要使用 volatile 关键字。

应该注意volatile 确实不 提供线程安全，原因有很多。为确保对象是线程安全的，读/写操作必须是受保护的或原子的。