【C语言笔记】volatile关键字

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C语言笔记

发布日期: 2018-10-17

文章字数: 1.3k

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1、volatile的作用

volatile的作用是作为指令关键字，确保本条指令不会因编译器的优化而省略，且要求每次直接读值。

简单地说就是防止编译器对代码进行优化。比如如下程序：

XBYTE[2]=0x55;
XBYTE[2]=0x56;
XBYTE[2]=0x57;
XBYTE[2]=0x58;

对外部硬件而言，上述四条语句分别表示不同的操作，会产生四种不同的动作，但是编译器却会对上述四条语句进行优化，认为只有XBYTE[2]=0x58（即忽略前三条语句，只产生一条机器代码）。如果键入volatile，则编译器会逐一地进行编译并产生相应的机器代码（产生四条代码）。

2、编译器的优化

在本次线程内，当读取一个变量时，为提高存取速度，编译器优化时有时会先把变量读取到一个寄存器中；以后再取变量值时，就直接从寄存器中取值；

当变量值在本线程里改变时，会同时把变量的新值copy到该寄存器中，以便保持一致
当变量在因别的线程等而改变了值，该寄存器的值不会相应改变，从而造成应用程序读取的值和实际的变量值不一致；

当该寄存器在因别的线程等而改变了值，原变量的值不会改变，从而造成应用程序读取的值和实际的变量值不一致。

举一个不太准确的例子：
发薪资时，会计每次都把员工叫来登记他们的银行卡号；一次会计为了省事，没有即时登记，用了以前登记的银行卡号；刚好一个员工的银行卡丢了，已挂失该银行卡号；从而造成该员工领不到工资。

员工－－原始变量地址
银行卡号－－原始变量在寄存器的备份

2、volatile例子

精确地说就是，优化器在用到这个变量时必须每次都小心地重新读取这个变量的值，而不是使用保存在寄存器里的备份。下面是volatile变量的几个例子：

1）并行设备的硬件寄存器（如：状态寄存器）
2）一个中断服务子程序中会访问到的非自动变量
3）多线程应用中被几个任务共享的变量

请看下面几个问题：

1）一个参数既可以是const还可以是volatile吗？解释为什么。
2）一个指针可以是volatile 吗？解释为什么。
3）下面的函数有什么错误：
int square(volatile int ptr)
{ return ((ptr) * (*ptr));
}

下面是答案：

1）是的。一个例子是只读的状态寄存器。它是volatile因为它可能被意想不到地改变。它是const因为程序不应该试图去修改它。

2）是的。尽管这并不很常见。一个例子是当一个中断服务子程序修改一个指向一个buffer的指针时。

3）这段代码是个恶作剧。这段代码的目的是用来返指针ptr指向值的平方，但是，由于ptr指向一个volatile型参数，编译器将产生类似下面的代码：

int square(volatile int* &ptr)//这里参数应该申明为引用，不然函数体里只会使用副本，外部没法更改
{
   int a,b;
   a = *ptr;
   b = *ptr;
   return a*b;
}

由于*ptr的值可能在两次取值语句之间发生改变，因此a和b可能是不同的。结果，这段代码可能返回的不是你所期望的平方值！正确的代码如下：

long square(volatile int*ptr)
{
   int a;
   a = *ptr;
   return a*a;
}

volatile在嵌入式中经常用到。如：

（1）宏定义寄存器：

#define PINSEL0 (*((volatile unsigned long*)0xE002C000))

（2）宏读写操作：

// 写操作
#define write8b(addr, data) *(volatile unsigned char* (addr))=(unsigned char)data
// 读操作
#define read(addr) (*(volatile unsigned char* (addr)))

（3）测试空循环的速度

for(int i=0; i<100000; i++);

这个语句用来测试空循环的速度的,但是编译器肯定要把它优化掉，根本就不执行。
如果你写成

for(volatile int i=0; i<100000; i++);

它就会执行了。

（4）中断服务程序中修改的供其它程序检测的变量
由于访问寄存器的速度要快过RAM，所以编译器一般都会作减少存取外部RAM的优化。比如：

static int i = 0;
int main(void)
{
    //...
    while(1)
    {
        if(i)
            dosomething();
    }
}
/*Interruptserviceroutine.*/
void ISR_2(void)
{
    i=1;
}