C語言關鍵字volatile(易變的)表示不經過賦值,其值也可能被改變
(例如,表示時鐘的變量、表示通行端口的變量等)
會阻止編譯器優化
volatile關鍵字是一種類型修飾符,用它聲明的類型變量表示可以被某些編譯器未知的因素更改,比如:操作系統、硬件或者其它線程等。遇到這個關鍵字聲明的變量,編譯器對訪問該變量的代碼就不再進行優化,從而可以提供對特殊地址的穩定訪問。
使用該關鍵字的例子如下:
int volatile nVint;
當要求使用volatile聲明的變量的值的時候,系統總是重新從它所在的內存讀取數據,即使它前面的指令剛剛從該處讀取過數據。而且讀取的數據立刻被保存。
例如:
volatile int i=10;
int a = i;
...
//其他代碼,并未明確告訴編譯器,對i進行過操作
int b = i;
volatile 指出i是隨時可能發生變化的,每次使用它的時候必須從i的地址中讀取,因而編譯器生成的匯編代碼會重新從i的地址讀取數據放在b中。而優化做法是,由于編譯器發現兩次從i讀數據的代碼之間的代碼沒有對i進行過操作,它會自動把上次讀的數據放在b中。而不是重新從i里面讀。這樣以來,如果i是一個寄存器變量或者表示一個端口數據就容易出錯,所以說volatile可以保證對特殊地址的穩定訪問。
####################典型問題######################
關鍵字volatile有什么含意?并給出三個不同的例子。
一個定義為volatile的變量是說這變量可能會被意想不到地改變,這樣,編譯器就不會去假設這個變量的值了。精確地說就是,優化器在用到這個變量時必須每次都小心地重新讀取這個變量的值,而不是使用保存在寄存器里的備份。下面是volatile變量的幾個例子:
1). 并行設備的硬件寄存器(如:狀態寄存器)
2). 一個中斷服務子程序中會訪問到的非自動變量(Non-automatic variables)
3). 多線程應用中被幾個任務共享的變量
回答不出這個問題的人是不會被雇傭的。我認為這是區分C程序員和嵌入式系統程序員的最基本的問題。嵌入式系統程序員經常同硬件、中斷、RTOS等等打交道,所用這些都要求volatile變量。不懂得volatile內容將會帶來災難。
假設被面試者正確地回答了這是問題(嗯,懷疑這否會是這樣),我將稍微深究一下,看一下這家伙是不是直正懂得volatile完全的重要性。
1). 一個參數既可以是const還可以是volatile嗎?解釋為什么。
2). 一個指針可以是volatile 嗎?解釋為什么。
3). 下面的函數有什么錯誤:
int square(volatile int *ptr)
{
return *ptr * *ptr;
}
下面是答案:
1).是的。一個例子是只讀的狀態寄存器。它是volatile因為它可能被意想不到地改變。它是const因為程序不應該試圖去修改它。
2). 是的。盡管這并不很常見。一個例子是當一個中服務子程序修該一個指向一個buffer的指針時。
3).這段代碼的有個惡作劇。這段代碼的目的是用來返指針*ptr指向值的平方,但是,由于*ptr指向一個volatile型參數,編譯器將產生類似下面的代碼:
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該變,因此a和b可能是不同的。結果,這段代碼可能返不是你所期望的平方值!正確的代碼如下:
long square(volatile int *ptr)
{
int a;
a = *ptr;
return a * a;
}
************************補充*******************************
volatile的本意是“易變的”由于訪問寄存器的速度要快過RAM,所以編譯器一般都會作減少存取外部RAM的優化。比如:
static int i=0; //應該為static volatile int i=0;
int main(void)
{
...
while (1)
{
if (i) dosomething();
}
}
void ISR_2(void)
{
i=1;
}
程序的本意是希望ISR_2中斷產生時,在main當中調用dosomething函數,但是,由于編譯器判斷在main函數里面沒有修改過i,因此可能只執行一次對從i到某寄存器的讀操作,然后每次if判斷都只使用這個寄存器里面的“i副本”,導致dosomething永遠也不會被調用。
如果將將變量加上volatile修飾,則編譯器保證對此變量的讀寫操作都不會被優化(肯定執行)。此例中i也應該如此說明。
一般說來,volatile用在如下的幾個地方:
1、中斷服務程序中修改的供其它程序檢測的變量需要加volatile;
2、多任務環境下各任務間共享的標志應該加volatile;
3、存儲器映射的硬件寄存器通常也要加volatile說明,因為每次對它的讀寫都可能由不同意義;
volatile表示變量的內容可能在程序未知的情況下被改變
比如,它對應的內存地址的內容被中斷函數,或者其他的進程所改變
這種類型的變量,程序執行的時候不會放到cache當中預取,而是每次用到的時候直接取得
比如,你在c中間寫這樣的程序
for (int i=0; i<100000;i++);
空循環,什么也不做
這個東西就會被優化調,如果在int前面加入這個標記則不會被優化的,因為i每次的變化不一定++也虛在循環中間被別的程序所改變
在linux的sourcecode(linux/mm/memory.c)中有這樣兩句:
volatile void do_exit(long code);
static inline volatile void oom(void)
{
printk("out of memorynr");
do_exit(SIGSEGV);
}
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