C中的volatile关键字

来源：互联网发布：java编程思想百度网盘编辑：程序博客网时间：2024/04/29 14:32

就像const一样，volatile是一个类型修饰符（type specifier）。它是被设计用来修饰被不同线程访问和修改的变量。如果没有volatile，基本上会导致这样的结果：要么无法编写多线程程序，要么编译器失去大量优化的机会。

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.

例子1：

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，则编译器会逐一的进行编译并产生相应的机器代码（产生四条代码）.

例子2：

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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

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for(volatile int i=0; i<100000; i++);

它就会执行了

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：

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staticinti = 0;
int main(void)
{
//...
while(1)
{
if(i)dosomething();
}
}
/*Interruptserviceroutine.*/
voidISR_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。

例子3：

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classGadget
{
    public:
        void Wait()
        {
            while(!flag_)
            {
                Sleep（1000);//sleeps for 1000milli seconds
            }
        }
        void Wakeup()
        {
            flag_=true;
        }
        //...
    private:
        bool flag_;
};

上面代码中Gadget::Wait的目的是每过一秒钟去检查一下flag_成员变量，当flag_被另一个线程设为true时，该函数才会返回。至少这是程序作者的意图，然而，这个Wait函数是错误的。

假设编译器发现Sleep（1000）是调用一个外部的库函数，它不会改变成员变量flag_，那么编译器就可以断定它可以把flag_缓存在寄存器中，以后可以访问该寄存器来代替访问较慢的主板上的内存。这对于单线程代码来说是一个很好的优化，但是在现在这种情况下，它破坏了程序的正确性：当你调用了某个Gadget的Wait函数后，即使另一个线程调用了Wakeup，Wait还是会一直循环下去。这是因为flag_的改变没有反映到缓存它的寄存器中去。

例子4：

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真正懂得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）. 下面的函数被用来计算某个整数的平方，它能实现预期设计目标吗？如果不能，试回答存在什么问题：

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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。

关于Const：

如果const int Max=100，那么 Max++会产生错误，因为用const修饰的变量被当作常量(并非肯定是个常量)使用，在同一个程序中不能对其进行赋值。但是const修饰的变量不允许这里修改不代表不允许别处修改，比如下代码：

int i = 5;
const int* p = &i;
*p = 6; // 不可以；
i = 7; // 完全可以，而且那个“const”的“*p”也跟着变成了7。

另外，

对于非指针非引用的变量，const volatile同时修饰的意义确实不大。个人觉得。

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：

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int square(volatile int *ptr)
{
    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：

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

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）；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有不同意义；

2）一个中断服务子程序中会访问到的非自动变量（Non-automatic variables)，即中断服务程序中修改的供其它程序检测的变量需要加volatile；

3）多任务环境下各任务间共享的标志应该加volatile，如多线程应用中被几个任务共享的变量

这是区分C程序员和嵌入式系统程序员的最基本的问题：嵌入式系统程序员经常同硬件、中断、RTOS等等打交道，所有这些都要求使用volatile变量。不懂得volatile内容将会带来灾难。以上这几种情况经常还要同时考虑数据的完整性（相互关联的几个标志读了一半被打断了重写），在2中可以通过关中断来实现，3中可以禁止任务调度（加锁等），1中则只能依靠硬件的良好设计了。

0 0