参考资料

谈谈 C/C++ 中的 volatile
C和C++中的volatile、内存屏障和CPU缓存一致性协议MESI
isvolatileusefulwiththreads

1. 程序中 volatile 的含义

对于程序员来说，程序本身的任何行为都必须是可预期的。那么，在程序当中，什么才叫 volatile 呢？这个问题的答案也很简单：程序可能受到程序之外的因素影响。

考虑以下 C/C++ 代码。

volatile int *p = /* ... */;
int a, b;
a = *p;
b = *p;

若忽略 volatile，那么 p 就只是一个「指向 int 类型的指针」。这样一来，a = *p; 和 b = *p; 两句，就只需要从内存中读取一次就够了。因为从内存中读取一次之后，CPU 的寄存器中就已经有了这个值；把这个值直接复用就可以了。这样一来，编译器就会做优化，把两次访存的操作优化成一次。这样做是基于一个假设：我们在代码里没有改变 p 指向内存地址的值，那么这个值就一定不会发生改变。

此处说的「读取内存」，包括了读取 CPU 缓存和读取计算机主存。

然而，由于 MMIP（Memory mapped I/O）的存在，这个假设不一定是真的。例如说，假设 p 指向的内存是一个硬件设备。这样一来，从 p 指向的内存读取数据可能伴随着可观测的副作用：硬件状态的修改。此时，代码的原意可能是将硬件设备返回的连续两个 int 分别保存在 a 和 b 当中。这种情况下，编译器的优化就会导致程序行为不符合预期了。

总结来说，被 volatile 修饰的变量，在对其进行读写操作时，会引发一些可观测的副作用。而这些可观测的副作用，是由程序之外的因素决定的。

2. 关键字 volatile 的含义

CPP reference 网站是对 C 和 C++ 语言标准的整理。因此，绝大多数时候，我们可以通过这个网站对语言标准进行查询。关于 volatile 关键字，有 C 语言标准和 C++ 语言标准可查。这里摘录两份标准对 volatile 访问的描述。

C 语言：Every access (both read and write) made through an lvalue expression of volatile-qualified type is considered an observable side effect for the purpose of optimization and is evaluated strictly according to the rules of the abstract machine (that is, all writes are completed at some time before the next sequence point). This means that within a single thread of execution, a volatile access cannot be optimized out or reordered relative to another visible side effect that is separated by a sequence point from the volatile access.
C++ 语言：Every access (read or write operation, member function call, etc.) made through a glvalue expression of volatile-qualified type is treated as a visible side-effect for the purposes of optimization (that is, within a single thread of execution, volatile accesses cannot be optimized out or reordered with another visible side effect that is sequenced-before or sequenced-after the volatile access. This makes volatile objects suitable for communication with a signal handler, but not with another thread of execution, see std::memory_order). Any attempt to refer to a volatile object through a non-volatile glvalue (e.g. through a reference or pointer to non-volatile type) results in undefined behavior.

这里首先解释两组概念：值类型和序列点（执行序列）。

值类型指的是左值（lvalue）右值（rvalue）这些概念。关于左值和右值，前作有过介绍。简单的理解，左值可以出现在赋值等号的左边，使用时取的是作为对象的身份；右值不可以出现在赋值等号的左边，使用时取的是对象的值。除了 lvalue 和 rvalue，C++ 还定义了其他的值类型。其中，xvalue 大体可以理解为返回右值引用的函数调用或表达式，而 glvalue 则是 lvalue 和 xvalue 之和。