volatile关键字

转载 volatile关键字在嵌入式中的详细使用

大多数计算机拥有一系列寄存器，其存取速度比计算机主存更快。好的编译程序能进行一种被称为“冗余装入和存储的删去”（redundant load and store removal）的优化，即编译程序会在程序中寻找并删去这样两类代码：一类是可以删去的从内存装入数据的指令，因为相应的数据已经被存放在寄存器中；另一种是可以删去的将数据存入内存的指令，因为相应的数据在再次被改变之前可以一直保留在寄存器中。
volatile的本意是“易变的” 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();
}
}

/* Interrupt service routine. */
void ISR_2(void)
{
i=1;
}

程序的本意是希望ISR_2中断产生时，在main当中调用dosomething函数，但是，由于编译器判断在main函数里面没有修改过i，因此可能只执行一次对从i到某寄存器的读操作，然后每次if判断都只使用这个寄存器里面的“i副本”，导致dosomething永远也不会被调用。如果将将变量加上volatile修饰，则编译器保证对此变量的读写操作都不会被优化（肯定执行）。此例中i也应该如此说明。

一般说来，volatile用在如下的几个地方：

1、中断服务程序中修改的供其它程序检测的变量需要加volatile；

2、多任务环境下各任务间共享的标志应该加volatile；

3、存储器映射的硬件寄存器通常也要加volatile说明，因为每次对它的读写都可能由不同意义； 
volatile表示变量的内容可能在程序未知的情况下被改变
比如，它对应的内存地址的内容被中断函数，或者其他的进程所改变
这种类型的变量，程序执行的时候不会放到cache当中预取，而是每次用到的时候直接取得
比如，你在c中间写这样的程序
for (int i=0; i<100000;i++); 
空循环，什么也不做
这个东西就会被优化调，如果在int前面加入这个标记则不会被优化的，因为i每次的变化不一定++也虚在循环中间被别的程序所改变

volatile 影响编译器编译的结果,指出，volatile 变量是随时可能发生变化的，与volatile变量有关的运算，不要进行编译优化，以免出错，（VC++ 在产生release版可执行码时会进行编译优化，加volatile关键字的变量有关的运算，将不进行编译优化。）。

例如：
volatile int i=10;
int j = i;
...
int k = i;

volatile 告诉编译器i是随时可能发生变化的，每次使用它的时候必须从i的地址中读取，因而编译器生成的可执行码会重新从i的地址读取数据放在k中。

而优化做法是，由于编译器发现两次从i读数据的代码之间的代码没有对i进行过操作，它会自动把上次读的数据放在k中。而不是重新从i里面读。这样以来，如 果i是一个寄存器变量或者表示一个端口数据就容易出错，所以说volatile可以保证对特殊地址的稳定访问，不会出错。

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一个定义为volatile的变量是说这变量可能会被意想不到地改变，这样，编译器就不会去假设这个变量的值了。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(Non-automatic variables)
3) 多线程应用中被几个任务共享的变量
回答不出这个问题的人是不会被雇佣的。我认为这是区分C程序员和嵌入式系统程序员的最基本的问题。搞嵌入式的家伙们经常同硬件、中断、RTOS等等打交 道，所有这些都要求用到volatile变量。不懂得volatile的内容将会带来灾难。假设被面试者正确地回答了这是问题（嗯，怀疑是否会是这样）， 我将稍微深究一下，看一下这家伙是不是直正懂得volatile完全的重要性。
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服务子程序修该一个指向一个buffer的指针时。
3) 这段代码有点变态。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)
{
int a,b;
a = *ptr;
b = *ptr;
return a * b;
}
由于*ptr的值可能被意想不到地该变，因此a和b可能是不同的。结果，这段代码可能返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;
}

位操作（Bit manipulation）

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嵌入式编程中经常用到 volatile这个关键字，在网上查了下他的用法可以归结为以下两点：

一：告诉compiler不能做任何优化
   比如要往某一地址送两指令：
   int *ip =...; //设备地址
   *ip = 1; //第一个指令
   *ip = 2; //第二个指令
   以上程序compiler可能做优化而成：
   int *ip = ...;
   *ip = 2;
   结果第一个指令丢失。如果用volatile, compiler就不允许做任何的优化，从而保证程序的原意：
   volatile int *ip = ...;
   *ip = 1;
   *ip = 2;
   即使你要compiler做优化，它也不会把两次付值语句间化为一。它只能做其它的优化。这对device driver程序员很有用。
二：表示用volatile定义的变量会在程序外被改变,每次都必须从内存中读取，而不能把他放在cache或寄存器中重复使用。
   如   volatile char a;  
        a=0;
       while(!a){
//do some things;  
       }  
       doother();
   如果没有 volatile doother()不会被执行

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下面是在VC6中的测试

注意，在vc6中，一般调试模式没有进行代码优化，所以这个关键字的作用看不出来。下面通过插入汇编

代码，测试有无volatile关键字，对程序最终代码的影响：

首先用classwizard建一个win32 console工程，插入一个voltest.cpp文件，输入下面的代码：

#include <stdio.h>
void main()
{
 int i=10;
 int a = i;

 printf("i= %d/n",a);
        //下面汇编语句的作用就是改变内存中i的值，但是又不让编译器知道
 __asm {
  mov         dword ptr [ebp-4], 20h
 }

 int b = i;
 printf("i= %d/n",b);
}

然后，在调试版本模式运行程序，输出结果如下：
i = 10
i = 32

然后，在release版本模式运行程序，输出结果如下：
i = 10
i = 10

输出的结果明显表明，release模式下，编译器对代码进行了优化，第二次没有输出正确的i值。

下面，我们把 i的声明加上volatile关键字，看看有什么变化：

#include <stdio.h>
void main()
{
 volatile int i=10;
 int a = i;

 printf("i= %d/n",a);
 __asm {
  mov         dword ptr [ebp-4], 20h
 }

 int b = i;
 printf("i= %d/n",b);
}

分别在调试版本和release版本运行程序，输出都是：
i = 10
i = 32

这说明这个关键字发挥了它的作用！