C语言volatile的问题；回答得好加100分

Posted 2023-05-04

用 volatile 修饰指针的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
这到底什么意思

volatile修饰的变量是可变的，易变的，主要是防止编译器对volatile修饰的变量进行优化，让程序每一次取到变量的实际值，而不是缓存里值。
中断服务子程序中volatile修饰的变量，如果不加volatile修饰，其他地方修改后，中断服务程序中没有修改， 这样是不会获取到改变的值的，volatile就是让中断服务程序每一次都取到指针指向的实际的值。追问

buffer就是一个数组，他就是内存里面的

参考技术A volatile是限定变量不采用优化策略.

比如全局定义static int s_flag = 0;

你的主函数中有代码:

s_flag = 1;
while (s_flag);

这两句的目的是希望在这里等待s_flag变为0

而你设计程序的思路是在中断里面设置s_flag =0;

但是如果编译器对其进行了优化, 那么
s_flag = 1;
while (s_flag);
这两句为了高效, 会把s_flag直接留在寄存器或者高速缓存中,每次while判断不是从s_flag原始地址去获取值,而是求快,从在寄存器或者高速缓存中获取, 那么当你中断函数触发, 设置了s_flag,就不能反映到这个循环中.

valotile就是告诉编译器, 不要这样 优化, 每次从最原始地址取值, 从而使得 s_flag的变化能得到实时的感知.
指针也是一样的, 它也是一个变量, 改变其值和s_flag的一样的.这个就留给你去推敲吧追问

日，说了跟没说一样

追答

哎......

int * s_pointer = NULL;

int buffer[1000];

int buffer2[1000];

int main()

s_pointer = buffer;

s_pointer[0] = 1;

while (s_pointer[0])


// do something





void interrupt()

s_pointer = buffer2;

s_pointer[0] = 0;



上述代码,如果编译器优化的话,有可能就导致主函数进入死循环.

因为main函数中, s_pointer[0]第一次取值之后就可能被放入寄存器, while循环以后的访问都是访问的寄存器中的副本. 中断函数修改, 对那个while循环毫无影响..

如果修改int * volatile s_pointer = NULL;
就在while时,每次都重新访问s_pointer指针变量的硬件存储地址, 所以中断函数修改了其指向,也能立即在while中反映出来.

还有另一个while
while (s_pointer == buffer)

++s_pointer[0];


如果不声明s_pinter为volatile,很有可能也被编译器优化后, 循环仍然不能因为中断而打破.

还不明白,就仔细从头看volatile

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C语言丨深入理解volatile关键字

C语言丨深入理解volatile关键字

• • • 1.原理作用
    • 2.一般用处
    • • 1）并行设备的硬件寄存器（如：状态寄存器）
      • 2）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；
      • 4）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；
    • 3.volatile 问题和总结
    • • 1)一个参数既可以是const还可以是volatile吗？
      • 2) 一个指针可以是volatile 吗？
    • 4.下面的函数有什么错误？
    • 总结：

---

本篇文章是对C语言中关键字volatile的含义进行了详细的分析介绍，希望能在学习上帮助大家。

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。

1.原理作用

Volatile意思是“易变的”，应该解释为“直接存取原始内存地址”比较合适。“易变”是因为外在因素引起的，像多线程，中断等。

C语言书籍这样定义volatile关键字：

volatile提醒编译器它后面所定义的变量随时都有可能改变，因此编译后的程序每次需要存储或读取这个变量的时候，告诉编译器对该变量不做优化，都会直接从变量内存地址中读取数据，从而可以提供对特殊地址的稳定访问。

如果没有volatile关键字，则编译器可能优化读取和存储，可能暂时使用寄存器中的值，如果这个变量由别的程序更新了的话，将出现不一致的现象。（简洁的说就是：volatile关键词影响编译器编译的结果，用volatile声明的变量表示该变量随时可能发生变化，与该变量有关的运算，不要进行编译优化，以免出错）

2.一般用处

一般说来，volatile用在如下的几个地方：

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 voliate，因为每次对它的读写都可能有不同意义。

例如：假设要对一个设备进行初始化，此设备的某一个寄存器为0xff800000。

int *output = (unsigned int *)0xff800000;//定义一个IO端口；
int init(void)

int i;
for(i=0;i< 10;i++)
*output = i;

经过编译器优化后，编译器认为前面循环半天都是废话，对最后的结果毫无影响，因为最终只是将output这个指针赋值为 9，所以编译器最后给你编译编译的代码结果相当于：

int init(void)

*output =9;

如果你对此外部设备进行初始化的过程是必须是像上面代码一样顺序的对其赋值，显然优化过程并不能达到目的。反之如果你不是对此端口反复写操作，而是反复读操作，其结果是一样的，编译器在优化后，也许你的代码对此地址的读操作只做了一次。然而从代码角度看是没有任何问题的。这时候就该使用volatile通知编译器这个变量是一个不稳定的，在遇到此变量时候不要优化。

2）中断服务程序中修改的供其它程序检测的变量，需要加volatile；

当变量在触发某中断程序中修改，而编译器判断主函数里面没有修改该变量，因此可能只执行一次从内存到某寄存器的读操作，而后每次只会从该寄存器中读取变量副本，使得中断程序的操作被短路。

3）多任务环境下各任务间共享的标志，应该加volatile；

在本次线程内, 当读取一个变量时，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；当内存变量或寄存器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 。

4）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；

假设要对一个设备进行初始化，此设备的某一个寄存器为0xff800000。for(i=0;i< 10;i++) *output = i;前面循环半天都是废话，对最后的结果毫无影响，因为最终只是将output这个指针赋值为9，省略了对该硬件IO端口反复读的操作。

**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。

3.volatile 问题和总结

volatile 常见的几个面试题：

1)一个参数既可以是const还可以是volatile吗？

可以的，例如只读的状态寄存器。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) 一个指针可以是volatile 吗？

可以，当一个中服务子程序修改一个指向buffer的指针时。

4.下面的函数有什么错误？

int square(volatile intptr)

returnptr * *ptr;

该程序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;

注意：频繁地使用volatile很可能会增加代码尺寸和降低性能,因此要合理的使用volatile。

总结：

volatile 关键字是一种类型修饰符，用它声明的类型变量表示可以被某些编译器未知的因素更改。volatile 提醒编译器它后面所定义的变量随时都有可能改变，因此编译后的程序每次需要存储或读取这个变量的时候，都会直接从变量地址中读取数据。如 果没有 volatile 关键字，则编译器可能优化读取和存储，可能暂时使用寄存器中的值，如果这个变量由别的程序更新了的话，将出现不一致的现象。所以遇到这个关键字声明的变量，编译器对访问该变量的代码就不再进行优化，从而可以提供对特殊地址的稳定访问。