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C語言關(guān)鍵字volatile(易變的)表示不經(jīng)過賦值,其值也可能被改變
(例如,表示時(shí)鐘的變量、表示通行端口的變量等)
會(huì)阻止編譯器優(yōu)化
volatile關(guān)鍵字是一種類型修飾符,用它聲明的類型變量表示可以被某些編譯器未知的因素更改,比如:操作系統(tǒng)、硬件或者其它線程等。遇到這個(gè)關(guān)鍵字聲明的變量,編譯器對訪問該變量的代碼就不再進(jìn)行優(yōu)化,從而可以提供對特殊地址的穩(wěn)定訪問。
使用該關(guān)鍵字的例子如下:
int volatile nVint;
當(dāng)要求使用volatile聲明的變量的值的時(shí)候,系統(tǒng)總是重新從它所在的內(nèi)存讀取數(shù)據(jù),即使它前面的指令剛剛從該處讀取過數(shù)據(jù)。而且讀取的數(shù)據(jù)立刻被保存。
例如:
volatile int i=10;
int a = i;
...
//其他代碼,并未明確告訴編譯器,對i進(jìn)行過操作
int b = i;
volatile 指出i是隨時(shí)可能發(fā)生變化的,每次使用它的時(shí)候必須從i的地址中讀取,因而編譯器生成的匯編代碼會(huì)重新從i的地址讀取數(shù)據(jù)放在b中。而優(yōu)化做法是,由于編譯器發(fā)現(xiàn)兩次從i讀數(shù)據(jù)的代碼之間的代碼沒有對i進(jìn)行過操作,它會(huì)自動(dòng)把上次讀的數(shù)據(jù)放在b中。而不是重新從i里面讀。這樣以來,如果i是一個(gè)寄存器變量或者表示一個(gè)端口數(shù)據(jù)就容易出錯(cuò),所以說volatile可以保證對特殊地址的穩(wěn)定訪問。
####################典型問題######################
關(guān)鍵字volatile有什么含意?并給出三個(gè)不同的例子。
一個(gè)定義為volatile的變量是說這變量可能會(huì)被意想不到地改變,這樣,編譯器就不會(huì)去假設(shè)這個(gè)變量的值了。精確地說就是,優(yōu)化器在用到這個(gè)變量時(shí)必須每次都小心地重新讀取這個(gè)變量的值,而不是使用保存在寄存器里的備份。下面是volatile變量的幾個(gè)例子:
1). 并行設(shè)備的硬件寄存器(如:狀態(tài)寄存器)
2). 一個(gè)中斷服務(wù)子程序中會(huì)訪問到的非自動(dòng)變量(Non-automatic variables)
3). 多線程應(yīng)用中被幾個(gè)任務(wù)共享的變量
回答不出這個(gè)問題的人是不會(huì)被雇傭的。我認(rèn)為這是區(qū)分C程序員和嵌入式系統(tǒng)程序員的最基本的問題。嵌入式系統(tǒng)程序員經(jīng)常同硬件、中斷、RTOS等等打交道,所用這些都要求volatile變量。不懂得volatile內(nèi)容將會(huì)帶來災(zāi)難。
假設(shè)被面試者正確地回答了這是問題(嗯,懷疑這否會(huì)是這樣),我將稍微深究一下,看一下這家伙是不是直正懂得volatile完全的重要性。
1). 一個(gè)參數(shù)既可以是const還可以是volatile嗎?解釋為什么。
2). 一個(gè)指針可以是volatile 嗎?解釋為什么。
3). 下面的函數(shù)有什么錯(cuò)誤:
int square(volatile int *ptr)
{
return *ptr * *ptr;
}
下面是答案:
1).是的。一個(gè)例子是只讀的狀態(tài)寄存器。它是volatile因?yàn)樗赡鼙灰庀氩坏降馗淖儭K莄onst因?yàn)槌绦虿粦?yīng)該試圖去修改它。
2). 是的。盡管這并不很常見。一個(gè)例子是當(dāng)一個(gè)中服務(wù)子程序修該一個(gè)指向一個(gè)buffer的指針時(shí)。
3).這段代碼的有個(gè)惡作劇。這段代碼的目的是用來返指針*ptr指向值的平方,但是,由于*ptr指向一個(gè)volatile型參數(shù),編譯器將產(chǎn)生類似下面的代碼:
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該變,因此a和b可能是不同的。結(jié)果,這段代碼可能返不是你所期望的平方值!正確的代碼如下:
long square(volatile int *ptr)
{
int a;
a = *ptr;
return a * a;
}
************************補(bǔ)充*******************************
volatile的本意是“易變的”由于訪問寄存器的速度要快過RAM,所以編譯器一般都會(huì)作減少存取外部RAM的優(yōu)化。比如:
static int i=0; //應(yīng)該為static volatile int i=0;
int main(void)
{
...
while (1)
{
if (i) dosomething();
}
}
void ISR_2(void)
{
i=1;
}
程序的本意是希望ISR_2中斷產(chǎn)生時(shí),在main當(dāng)中調(diào)用dosomething函數(shù),但是,由于編譯器判斷在main函數(shù)里面沒有修改過i,因此可能只執(zhí)行一次對從i到某寄存器的讀操作,然后每次if判斷都只使用這個(gè)寄存器里面的“i副本”,導(dǎo)致dosomething永遠(yuǎn)也不會(huì)被調(diào)用。
如果將將變量加上volatile修飾,則編譯器保證對此變量的讀寫操作都不會(huì)被優(yōu)化(肯定執(zhí)行)。此例中i也應(yīng)該如此說明。
一般說來,volatile用在如下的幾個(gè)地方:
1、中斷服務(wù)程序中修改的供其它程序檢測的變量需要加volatile;
2、多任務(wù)環(huán)境下各任務(wù)間共享的標(biāo)志應(yīng)該加volatile;
3、存儲器映射的硬件寄存器通常也要加volatile說明,因?yàn)槊看螌λ淖x寫都可能由不同意義;
volatile表示變量的內(nèi)容可能在程序未知的情況下被改變
比如,它對應(yīng)的內(nèi)存地址的內(nèi)容被中斷函數(shù),或者其他的進(jìn)程所改變
這種類型的變量,程序執(zhí)行的時(shí)候不會(huì)放到cache當(dāng)中預(yù)取,而是每次用到的時(shí)候直接取得
比如,你在c中間寫這樣的程序
for (int i=0; i<100000;i++);
空循環(huán),什么也不做
這個(gè)東西就會(huì)被優(yōu)化調(diào),如果在int前面加入這個(gè)標(biāo)記則不會(huì)被優(yōu)化的,因?yàn)閕每次的變化不一定++也虛在循環(huán)中間被別的程序所改變
在linux的sourcecode(linux/mm/memory.c)中有這樣兩句:
volatile void do_exit(long code);
static inline volatile void oom(void)
{
printk("out of memorynr");
do_exit(SIGSEGV);
}
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