c++中的volatile和variant关键字详解

一、两个长得有点像的变量

对volatile关键字，其实很多人只是能用，知道用到啥处，但其实应用的原理并不知道。在一些多线程的通信中，往往是这个关键字应用到的场所，很多人也是如此想的。但其实这个想法是不准确的。volatile这个关键字的目的最初是针对硬件IO操作的，防止访问IO操作中的缓存影响到真实的数据。但这个关键字的溢出效应是，多线程也可以应用这个原理（注意在多核和多CPU编程中有危险，但是在其它语言如Java中，得按具体的语言规范来决定），那么反而在硬件IO中的应用成了一种比较少的应用场景。
在c++17中，还有一个长得和它类似的联合体variant，如果有其它语言中var变量的使用，就大概明白了这是个啥玩意儿。既然是联合体，那么就明白了这个关键字的用处了，也就是说，它可以表示明确的类型定义，而在前面提到的std::any则不是。看一下在c++17中它的标准定义：

template <class... Types>
class variant;

之所以把它们两个搞在一起，是有的时候儿新手小菜鸟可能会把两个傻傻分不清。

二、二者的功能

类模板 std::variant 表示一个类型安全的联合体，它表示可以拥有其中的任何一个类型或者无值，它不能保有引用、数组或者void，如果表示一个空值，也要用std::variantstd::monostate 代替。同样，在默认构造时，默认保有联合体的第一个类型。面std::volatile则更多倾向于一个编译器的优化选项处理，它会防止变量被编译器缓存。正如前面所讲，这个在多线程中应用的比较多，但其实他更安全的应用其实是在硬件IO操作中。
这么看来，这二者的区别还是相当明显的，别看长得乍一看有点像，但还真不是一嘛事儿。只要写一回代码估计就记清楚了。或者简单的记忆成volatile是一个关键字，而variant是一个复合类型，是一个联合体，是一个类模板。

三、应用实例

看一个variant的例程：

#include <variant>
#include <string>
#include <cassert>
 
int main()
{
    std::variant<int, float> v, w;
    v = 12; // v 含 int
    int i = std::get<int>(v);
    w = std::get<int>(v);
    w = std::get<0>(v); // 与前一行效果相同
    w = v; // 与前一行效果相同
 
//  std::get<double>(v); // 错误： [int, float] 中无 double
//  std::get<3>(v);      // 错误：合法下标值为 0 与 1
 
    try {
      std::get<float>(w); // w 含 int 而非 float ：将抛出
    }
    catch (const std::bad_variant_access&) {}
 
    using namespace std::literals;
 
    std::variant<std::string> x("abc"); // 转换构造函数在无歧义时起作用
    x = "def"; // 转换赋值在无歧义时亦起作用
 
    std::variant<std::string, void const*> y("abc");
    // 传递 char const * 时转换成 void const *
    assert(std::holds_alternative<void const*>(y)); // 成功
    y = "xyz"s;
    assert(std::holds_alternative<std::string>(y)); // 成功
}

volatitle这个关键字给一个判断的例程，就不给多线程的例程了，这玩意儿一般来说还是要小心使用，在多核，内存序未知的情况下，还是不用为妙，X86因为一些历史原因，用起来还是比较可以接受的：

#include <iostream>
#include <type_traits>
 
int main() 
{
    std::cout << boolalpha;
    std::cout << std::is_volatile<int>::value << '\n';
    std::cout << std::is_volatile<volatile int>::value  << '\n';
}

这个关键字对从Java转过来的开发人员可能有非常大的迷惑性，二者的理解意义还是有比较大的不同的。把内存序掌握好了，就知道为什么在X86的PC上跑一般没有问题的原因，如果还是无法清楚，就好好看看c++标准中对内存序的支持。这个一定要搞明白，搞不明白的话，可能不会影响到编程，但会影响到对标准的认知。

四、总结

俗话说：“看一遍不如写一遍”，这句话在计算机行业应该是非常合适的。计算机技术是一门理论科学与实践高度结合的技术，理论是源泉，实践是根本，互相反馈，不断迭代，这才是真正提高编程水平的王道。
努力吧，归来的少年

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