c++中的volatile和variant關鍵字詳解

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一、兩個長得有點像的變量

對volatile關鍵字，其實很多人隻是能用，知道用到啥處，但其實應用的原理並不知道。在一些多線程的通信中，往往是這個關鍵字應用到的場所，很多人也是如此想的。但其實這個想法是不準確的。volatile這個關鍵字的目的最初是針對硬件IO操作的，防止訪問IO操作中的緩存影響到真實的數據。但這個關鍵字的溢出效應是，多線程也可以應用這個原理（註意在多核和多CPU編程中有危險，但是在其它語言如Java中，得按具體的語言規范來決定），那麼反而在硬件IO中的應用成瞭一種比較少的應用場景。
在c++17中，還有一個長得和它類似的聯合體variant，如果有其它語言中var變量的使用，就大概明白瞭這是個啥玩意兒。既然是聯合體，那麼就明白瞭這個關鍵字的用處瞭，也就是說，它可以表示明確的類型定義，而在前面提到的std::any則不是。看一下在c++17中它的標準定義：

template <class... Types>
class variant;

之所以把它們兩個搞在一起，是有的時候兒新手小菜鳥可能會把兩個傻傻分不清。

二、二者的功能

類模板 std::variant 表示一個類型安全的聯合體，它表示可以擁有其中的任何一個類型或者無值，它不能保有引用、數組或者void，如果表示一個空值，也要用std::variantstd::monostate 代替。同樣，在默認構造時，默認保有聯合體的第一個類型。面std::volatile則更多傾向於一個編譯器的優化選項處理，它會防止變量被編譯器緩存。正如前面所講，這個在多線程中應用的比較多，但其實他更安全的應用其實是在硬件IO操作中。
這麼看來，這二者的區別還是相當明顯的，別看長得乍一看有點像，但還真不是一嘛事兒。隻要寫一回代碼估計就記清楚瞭。或者簡單的記憶成volatile是一個關鍵字，而variant是一個復合類型，是一個聯合體，是一個類模板。

三、應用實例

看一個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); // 與前一行效果相同
    w = v; // 與前一行效果相同
 
//  std::get<double>(v); // 錯誤： [int, float] 中無 double
//  std::get<3>(v);      // 錯誤：合法下標值為 0 與 1
 
    try {
      std::get<float>(w); // w 含 int 而非 float ：將拋出
    }
    catch (const std::bad_variant_access&) {}
 
    using namespace std::literals;
 
    std::variant<std::string> x("abc"); // 轉換構造函數在無歧義時起作用
    x = "def"; // 轉換賦值在無歧義時亦起作用
 
    std::variant<std::string, void const*> y("abc");
    // 傳遞 char const * 時轉換成 void const *
    assert(std::holds_alternative<void const*>(y)); // 成功
    y = "xyz"s;
    assert(std::holds_alternative<std::string>(y)); // 成功
}

volatitle這個關鍵字給一個判斷的例程，就不給多線程的例程瞭，這玩意兒一般來說還是要小心使用，在多核，內存序未知的情況下，還是不用為妙，X86因為一些歷史原因，用起來還是比較可以接受的：

#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';
}

這個關鍵字對從Java轉過來的開發人員可能有非常大的迷惑性，二者的理解意義還是有比較大的不同的。把內存序掌握好瞭，就知道為什麼在X86的PC上跑一般沒有問題的原因，如果還是無法清楚，就好好看看c++標準中對內存序的支持。這個一定要搞明白，搞不明白的話，可能不會影響到編程，但會影響到對標準的認知。

四、總結

俗話說：“看一遍不如寫一遍”，這句話在計算機行業應該是非常合適的。計算機技術是一門理論科學與實踐高度結合的技術，理論是源泉，實踐是根本，互相反饋，不斷迭代，這才是真正提高編程水平的王道。
努力吧，歸來的少年

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