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標題: volatile 變量 [打印本頁]

作者: 51hei社區 時間: 2016-1-14 01:28
標題: volatile 變量
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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