#опытным
Ключевое слово, которое не embedded С++ разработчик вряд ли когда-нибудь встречал в код. Сегодня мы поговорим, для чего оно используется.
Предположим, что у нас есть переменная keyboard_press, память под которую замаплена на память устройства ввода-вывода. Когда нажимается кнопка клавиатуры, изменяется переменная keyboard_press. Оставим сам маппинг за скобками и попробуем написать какую-то детсадовскую логику с переменной keyboard_press:
int keyboard_press = 0;
size_t count_test = 0;
void some_function() {
while(keyboard_press == 0) {
count_test++;
}
// doing stuff
}
Что в ассемблере?
some_function():
mov eax, DWORD PTR keyboard_press[rip]
test eax, eax
jne .L1
.L3: // это кстати пустой бесконечный цикл, куда нельзя попасть и откуда нельзя выбраться
jmp .L3
.L1:
ret
count_test:
.zero 8
keyboard_press:
.zero 4
А где цикл? А где инкремент count_test?
На самом деле код собран с -О3 и компилятор просто выкинул цикл. Он не видит, что в данном коде где-то еще изменяется keyboard_press, поэтому разумно полагает, что мы написали бесконечный цикл без сайдэффектов, который вообще-то ub.
Но keyboard_press может изменяться, просто это никак не понятно по коду программы.
Теоретически компилятор мог бы увидеть, что мы замапили устройство ввода-вывода на эту переменную. А может и не увидеть. Если маппинг происходит в другой единице трансляции, то точно не увидит. Компилятор технически не может знать всего, что творится в коде. Он оптимизирует какой-то локальный участок кода на основе своих эвристик, которые просто не могут учитывать весь код программы.
Однако компилятор точно видит тип переменной. И на него мы можем повлиять. Вот чтобы отучить компилятор от таких фокусов, нужно пометить keyboard_press ключевым словом volatile.
volatile int keyboard_press = 0;
size_t count_test = 0;
// same
Теперь ассемблер выглядит так:
some_function():
mov eax, DWORD PTR keyboard_press[rip]
test eax, eax
jne .L1
mov rax, QWORD PTR count_test[rip]
add rax, 1
.L3:
mov edx, DWORD PTR keyboard_press[rip]
mov rcx, rax
add rax, 1
test edx, edx
je .L3
mov QWORD PTR count_test[rip], rcx
.L1:
ret
Все, что делает volatile - все операции над переменной становятся видимыми спецэффектами и не могут быть оптимизированы компилятором. Ну и еще операции над volitile переменными не могут переупорядочиваться с другими видимыми спецэффектами в порядке кода программы.
Говорится ли здесь что-нибудь о потоках? Нет! Здесь говорится только об оптимизациях компилятора.
Поэтому использовать volatile можно только для обработки сигналов(хэндлер которых вызывается в том же прерванном потоке), либо в тех местах, где вы работаете с переменной строго в одном потоке.
Доступ к volatile переменным не атомарный + с их помощью нельзя делать синхронизацию неатомарных переменных между потоками, так как volitile не подразумевает барьеров памяти.
Именно из-за этих ограничений volatile используется в очень узком спектре задач работы с I/O. Во всех остальных случаях в С++ используются атомики.
Don't be optimized out. Stay cool.
#cppcore #concurrency #memory
