将值分配给必须是可平凡复制的 volatile 结构

Question

我有一个struct，它需要声明一些实例volatile，因为它们代表与驱动程序共享的内存（即内存可能被我的 C++ 程序之外的进程更改）。 struct 也需要是可简单复制的，因为我将与一些代码共享它的实例，这些代码要求其所有输入都是可简单复制的。这两个要求似乎意味着我不可能安全地为struct 的volatile 实例分配一个新值。

这是我正在尝试做的一个简化示例：

struct foo {
    uint16_t a;
    uint16_t b;
};

int main() {
    static_assert(std::is_trivially_copyable<foo>::value, "Oh no!");
    volatile foo vfoo;
    foo foo_value{10, 20};
    vfoo = foo_value;
}

如果我尝试用 g++ 编译它，它会在 vfoo = foo_value 行失败，并显示“错误：将 'volatile foo' 作为 'this' 参数传递会丢弃限定符。”根据this question，这是因为隐式定义的赋值运算符未声明为易失性，我需要定义一个易失性复制赋值运算符才能分配给易失性对象。但是，如果我这样做：

struct foo {
    uint16_t a;
    uint16_t b;
    volatile foo& operator=(const foo& f) volatile {
        if(this != &f) {
            a = f.a;
            b = f.b;
        }
        return *this;
    }
}

然后静态断言失败，因为foo 如果有用户定义的赋值运算符，就不再是可简单复制的。

由于编译器显然已经决定不允许我执行这个非常简单的操作，我目前正在使用这个解决方法：

int main() {
    static_assert(std::is_trivially_copyable<foo>::value, "Oh no!");
    volatile foo vfoo;
    foo foo_value{10, 20};
    memcpy(const_cast<foo*>(&vfoo), &foo_value, sizeof(foo));
    std::atomic_signal_fence(std::memory_order_acq_rel);
}

显然，抛弃volatile 不是一个好主意，因为这意味着现在允许编译器违反volatile 应该强制执行的语义（即代码中的每次读取和写入都被转换为实际的读取或写入内存）。我试图通过用memcpy 替换分配来缓解这种情况，这应该意味着编译器无法优化写入（即使它认为写入对程序的其余部分不可见），并添加赋值后的内存栅栏，这意味着编译器不能选择将写入延迟到很久以后。

这是我能做到的最好的吗？是否有更好的解决方法可以更接近volatile 的正确语义？或者有没有办法让编译器让我为 volatile 结构分配一个新值，而不会使结构不可复制？

Answer 1

如果您不一定需要使用赋值运算符（即，如果您认为 memcpy 替代方案可行），那么您可以编写一个非运算符赋值函数：

volatile foo& volatile_assign(volatile foo& f, const foo& o) {
    if(&f != &o) {
        f.a = o.a;
        f.b = o.b;
    }
    return f;
}

如果您愿意，可以使用成员函数。

我是根据您的示例编写的，但请考虑自分配检查对于易失性语义是否有效。不应该重写相同的值吗？我认为这种情况甚至无效，除非对象实际上是非易失性的，否则我们将通过非易失性引用读取易失性对象（也许您还需要对另一个操作数进行 volatile 限定）。