C中的volatile用法

怼烎@ 2022-08-07 11:59 172阅读 0赞

volatile 影响编译器编译的结果,指出，volatile 变量是随时可能发生变化的，与volatile变量有关的运算，不要进行编译优化，以免出错，（VC++ 在产生release版可执行码时会进行编译优化，加volatile关键字的变量有关的运算，将不进行编译优化。）。   
例如：   
volatile int i=10;   
int j = i;   
...   
int k = i;   
volatile 告诉编译器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，因而编译器生成的可执行码会重新从i的地址读取数据放在k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k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，不会出错。

/\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*

一个定义为volatile的变量是说这变量可能会被意想不到地改变，这样，编译器就不会去假设这个变量的值了。精确地说就是，优化器在用到这个变量时必须每次都小心地重新读取这个变量的值，而不是使用保存在寄存器里的备份。下面是volatile变量的几个例子：   
1) 并行设备的硬件寄存器（如：状态寄存器）

大家都知道，在硬件级别，如果寄存器值自动改变了，编译器是不会主动发现的。经过编译器的自动优化，我们读到的都是寄存器中存储的旧的状态寄存器的值, 而非最新的状态寄存器值。例如：

\#define STATUS  (\*(volatile unsigned long \*)0x56000010)

2) 一个中断服务子程序中会访问到的非自动变量(Non-automatic variables)

ISR:中断服务程序 （interrupt service routine）  
　　所谓中断是指当CPU正在处理某件事情的时候，外部发生的某一事件（如一个电平的变化，一个脉冲沿的发生或定时器计数溢出等）请求CPU迅速去处理，于是CPU暂时中止当前的工作，转去处理所发生的事件。中断服务处理完该事件以后，再回到原来被中止的地方继续原来的工作。

3) 多线程应用中被几个任务共享的变量

线程修改共享变量var是不会通知编译器的。所以线程A坚持不懈地读着var在寄存器或者cache中的副本，读出来的内容是0, 但很可惜，线程B早就把var变量给修改为1了。鉴于此，我们必须加上volatile这个关键字来解决这个问题。

回答不出这个问题的人是不会被雇佣的。我认为这是区分C程序员和嵌入式系统程序员的最基本的问题。搞嵌入式的家伙们经常同硬件、中断、RTOS等等打交道，所有这些都要求用到volatile变量。不懂得volatile的内容将会带来灾难。假设被面试者正确地回答了这是问题（嗯，怀疑是否会是这样），我将稍微深究一下，看一下这家伙是不是直正懂得volatile完全的重要性。   
1)一个参数既可以是const还可以是volatile吗？解释为什么。   
2); 一个指针可以是volatile 吗？解释为什么。   
3); 下面的函数有什么错误：   
int square(volatile int \*ptr)   
\{   
return \*ptr \* \*ptr;   
\}   
下面是答案：   
1)是的。一个例子是只读的状态寄存器。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); 是的。尽管这并不很常见。一个例子是当一个中服务子程序修该一个指向一个buffer的指针时。   
3) 这段代码有点变态。这段代码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;   
\}   
位操作（Bit manipulation）

//\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*

嵌入式编程中经常用到 volatile这个关键字，在网上查了下他的用法可以归结为以下两点：

一：告诉compiler不能做任何优化

比如要往某一地址送两指令：   
   int \*ip =...; //设备地址   
   \*ip = 1; //第一个指令   
   \*ip = 2; //第二个指令   
   以上程序compiler可能做优化而成：   
   int \*ip = ...;   
   \*ip = 2;   
   结果第一个指令丢失。如果用volatile, compiler就不允许做任何的优化，从而保证程序的原意：   
   volatile int \*ip = ...;   
   \*ip = 1;   
   \*ip = 2;   
   即使你要compiler做优化，它也不会把两次付值语句间化为一。它只能做其它的优化。这对device driver程序员很有用。

二：表示用volatile定义的变量会在程序外被改变,每次都必须从内存中读取，而不能把他放在cache或寄存器中重复使用。

如   volatile char a;     
        a=0;   
       while(!a)\{   
//do some things;     
       \}     
       doother();

如果没有 volatile 那么函数doother()不会被执行到。

当没有volatile，那么char a=0；那么程序将永远在while语句当中，一直是do somethings。只有有了volatile，那么虽然第一次赋值是0，但是       你要想到这是一个并行的，可能在while中的时候，a会突然改变，所以会到do other()函数中。就像是单片机中的一个输入寄存器一样，它有地         址，可以命名成变量，但是它的值一直都在改变的，是不定的，所以叫volatile!

三.

\#include<setjmp.h>  
static jmp\_buf buf;  
main()  
\{  
volatile int b;  
b =3;  
if(setjmp(buf)!=0)  
\{  
printf("%d ", b);  
exit(0);  
\}  
b=5;  
longjmp(buf , 1);  
\}  
请问， 这段程序的输出是  
(a) 3  
(b) 5  
(c) 0  
(d) 以上均不是  
答案是b

longjmp()用于恢复由最近一次调用setjmp()时保存到env的状态信息。当它执行完时，程序就象setjmp()刚刚执行完并返回非0值val那样继续执行。包含setjmp()宏调用的函数一定不能已经终止。所有可访问的对象的值都与调用longjmp()时相同，唯一的例外是，那些调用setjmp()宏的函数中的非volatile自动变量如果在调用setjmp()后有了改变，那么就变成未定义的。