static与volatile的用法

Posted 2020-11-05 Liu_Jing

static

1、概述

　　static 声明的变量在C语言中有两方面的特征：

 

　　1)、变量会被放在程序的全局存储区中，这样可以在下一次调用的时候还可以保持原来的赋值。这一点是它与堆栈变量和堆变量的区别。

　　2)、变量用static告知编译器，自己仅仅在变量的作用范围内可见。这一点是它与全局变量的区别。

2、问题：Static的理解

　　关于static变量，请选择下面所有说法正确的内容：

　　A、若全局变量仅在单个C文件中访问，则可以将这个变量修改为静态全局变量，以降低模块间的耦合度；

　　B、若全局变量仅由单个函数访问，则可以将这个变量改为该函数的静态局部变量，以降低模块间的耦合度；

　　C、设计和使用访问动态全局变量、静态全局变量、静态局部变量的函数时，需要考虑重入问题；

　　D、静态全局变量过大，可能会导致堆栈溢出。

　　答案与分析：

　　对于A，B：根据本篇概述部分的说明b)，我们知道，A,B都是正确的。

　　对于C：根据本篇概述部分的说明a)，我们知道，C是正确的（所谓的函数重入问题，下面会详细阐述）。

　　对于D：静态变量放在程序的全局数据区，而不是在堆栈中分配，所以不可能导致堆栈溢出，D是错误的。

　　因此，答案是A、B、C。

　　3、问题：不可重入函数

　　曾经设计过如下一个函数，在代码检视的时候被提醒有bug，因为这个函数是不可重入的，为什么？

unsigned int sum_int( unsigned int base )
{
　unsigned int index;
　static unsigned int sum = 0; // 注意，是static类型的。 
　for (index = 1; index <= base; index++)
　{
　　sum += index;
　}
　return sum;
}

　　答案与分析：

　　所谓的函数是可重入的（也可以说是可预测的），即：只要输入数据相同就应产生相同的输出。

　　这个函数之所以是不可预测的，就是因为函数中使用了static变量，因为static变量的特征，这样的函数被称为：带“内部存储器”功能的的函数。因此如果我们需要一个可重入的函数，那么，我们一定要避免函数中使用static变量，这种函数中的static变量，使用原则是，能不用尽量不用。

　　将上面的函数修改为可重入的函数很简单，只要将声明sum变量中的static关键字去掉，变量sum即变为一个auto 类型的变量，函数即变为一个可重入的函数。

 

　　当然，有些时候，在函数中是必须要使用static变量的，比如当某函数的返回值为指针类型时，则必须是static的局部变量的地址作为返回值，若为auto类型，则返回为错指针。

 

 

volatile

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。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译为：易变的。在前面加上关键字volatile之后告诉编译器，用volatile修饰的变量是易变的，不要对此变量进行优化，每次都要到变量的地址中去读取变量的数据，但正因为这样，才是保持了变量的原样，因为变量已经发生改变了，你却操作的是没有变化时的数据，这样才让变量失去了本应该保持的属性。

 

eg：

 

int a=1;

 

a=2;

 

a=3;

 

....

编译器看到这样的代码，会觉得a的值只有a=3才有意义，所以把a存储在一个寄存器中，每次遇到a都在这个寄存器中去读取数据，但是a是可能改变，比如中断或者多线程的时候。这个有可能你测试它又是正确的，因为随着你的优化等级提高，生成的汇编代码会有很大不同，如果基础不够扎实，代码的鲁棒性就会减弱，要想不这样，那么需要程序员有足够扎实的基本功。

 

 

 

1.我们先看volatile第一个应用场景，在中断服务函数中的使用。

 

/*   main.c */

 

int flag=0;

 

int main(void)

 

{

 

　　if(flag==1)

 

　　　　{do somethings}

 

　　if(flag==2)

 

　　      {do somethings}

 

　　return 0;

 

}

 

/* interrupt*/

 

void NVIC_Handler(void)

 

{

 

　　flag=1;

 

}

 

在这种情况下，编译器可能会对其做优化，虽然中断服务函数改变了flag的值，但是编译器并没有在变量内存中去读取，而是在寄存器中读取了flag之前的缓存数据。在中断函数中的交互变量，一定要加上volatile关键字修饰，这样每次读取flag的值都是在其内存地址中读取的，确保是我们想要的数据。

 

2.多任务环境下各任务间共享的标志应该加volatile。原因其实和上面中断一样，要共享标志，又不想让编译器优化了这一点，需要加上该修饰词。

 

3.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。

以STM32为例，寄存器中的数据也是时刻在变化的，我们也不想编译器优化这一点，所以在库函数中我们可以看到这样的代码。

 

这是寄存器的结构体，我们查看前缀__I 和__IO到底是什么？

 

 可以看到，在寄存器的映射中，也需要volatile，因为寄存器的值也是可能随时更改的。

通过上面，我们也应该明白那个问题。

 

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。软件不能改变，并不意味着我硬件不能改变你的值，这就是单片机中的应用。