volatile关键字详解

Posted 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: 

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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。

以上是关于volatile关键字详解的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

Linux:详解进程信号(信号的捕捉流程,信号的阻塞volatile关键字)

C语言中volatile关键字详解以及常见的面试问题

并发编程系列之volatile关键字详解

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