volatile关键字详解

Posted 2020-08-17 扫地猿

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引子1

    猜猜看，下面这段代码有什么问题：

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void Delay(UINT32 n) {     while(—n); }

    答案：

    本来代码完全正常，但是为了优化性能，打开了编译器的优化。但是发现这个函数被编译器优化掉了。为了防止被优化掉，需要给函数的参数加上volatile：

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void Delay(volatile UINT32 n) {     while(—n); }

引子2

    再猜猜看，这段代码有什么问题：

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int square(volatile int *ptr) {     return *ptr * *ptr; }

    答案：

    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：

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

 

 

正文

    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，比如：操作系统、硬件或者其它线程等。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。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。

    volatile的本意是“易变的”，不过翻译成“直接存取原始内存地址”更为合适。“易变”是因为外在因素引起的，象多线程，中断等，并不是因为用volatile修饰了的变量就是“易变”了，假如没有外因，即使用volatile定义，它也不会变化。

    使用该关键字的例子如下： 

1	int volatile nVint;//当要求使用volatile 声明的变量的值的时候，系统总是重新从它所在的内存读取数据，即使它前面的指令刚刚从该处读取过数据。而且读取的数据立刻被保存。

    对于这样的代码：

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volatile int i = 10; int a = i; ... //其他代码，并未明确告诉编译器，对i进行过操作 int b = i;

    volatile 指出 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，因而编译器生成的汇编代码会重新从i的地址读取数据放在b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b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。

    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。

    另外，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1中可以通过关中断来实现，2中可以禁止任务调度，3中则只能依靠硬件的良好设计了。