c語言中的型別限定詞之一volatile

2021-06-07 20:06:55 字數 3840 閱讀 9692

大多數計算機擁有一系列暫存器,其訪問速度比計算機主存更快。好的編譯程式能進行一種被稱為「冗餘裝入和儲存的刪去」(redundant load and store removal)的優化,即編譯程式會在程式中尋找並刪去這樣兩類**:一類是可以刪去的從記憶體裝入資料的指令,因為相應的資料已經被存放在暫存器中;另一種是可以刪去的將資料存入記憶體的指令,因為相應的資料在再次被改變之前可以一直保留在暫存器中。

volatile的本意是「易變的」 由於訪問暫存器的速度要快過ram,所以編譯器一般都會作減少訪問外部ram的優化。比如:

static int i=0;

int main(void)  }

/* interrupt service routine. */ 

void isr_2(void) 

程式的本意是希望isr_2中斷產生時,在main當中呼叫dosomething函式,但是,由於編譯器判斷在main函式裡面沒有修改過i,因此可能只執行一次對從i到某暫存器的讀操作,然後每次if判斷都只使用這個暫存器裡面的「i副本」,導致dosomething永遠也不會被呼叫。如果將將變數加上volatile修飾,則編譯器保證對此變數的讀寫操作都不會被優化(肯定執行)。此例中i也應該如此說明。

一般說來,volatile用在如下的幾個地方:

1、中斷服務程式中修改的供其它程式檢測的變數需要加volatile;

2、多工環境下各任務間共享的標誌應該加volatile;

3、儲存器對映的硬體暫存器通常也要加volatile說明,因為每次對它的讀寫都可能由不同意義;  

volatile表示變數的內容可能在程式未知的情況下被改變 

比如,它對應的記憶體位址的內容被中斷函式,或者其他的程序所改變 

這種型別的變數,程式執行的時候不會放到cache當中預取,而是每次用到的時候直接取得 

比如,你在c中間寫這樣的程式 

for (int i=0; i<100000;i++);  

空迴圈,什麼也不做 

這個東西就會被優化調,如果在int前面加入這個標記則不會被優化的,因為i每次的變化不一定++也虛在迴圈中間被別的程式所改變

volatile 影響編譯器編譯的結果,指出,volatile 變數是隨時可能發生變化的,與volatile變數有關的運算,不要進行編譯優化,以免出錯,(vc++ 在產生release版可執行碼時會進行編譯優化,加volatile關鍵字的變數有關的運算,將不進行編譯優化。)。

例如: 

volatile int i=10; 

int j = i; 

... 

int k = i;

volatile 告訴編譯器i是隨時可能發生變化的,每次使用它的時候必須從i的位址中讀取,因而編譯器生成的可執行碼會重新從i的位址讀取資料放在k中。

而優化做法是,由於編譯器發現兩次從i讀資料的**之間的**沒有對i進行過操作,它會自動把上次讀的資料放在k中。而不是重新從i裡面讀。這樣以來,如 果i是乙個暫存器變數或者表示乙個埠資料就容易出錯,所以說volatile可以保證對特殊位址的穩定訪問,不會出錯。

/**********************

乙個定義為volatile的變數是說這變數可能會被意想不到地改變,這樣,編譯器就不會去假設這個變數的值了。精確地說就是,優化器在用到這個變數時必須每次都小心地重新讀取這個變數的值,而不是使用儲存在暫存器裡的備份。下面是volatile變數的幾個例子: 

1) 並行裝置的硬體暫存器(如:狀態暫存器) 

2) 乙個中斷服務子程式中會訪問到的非自動變數(non-automatic variables) 

3) 多執行緒應用中被幾個任務共享的變數 

回答不出這個問題的人是不會被僱傭的。我認為這是區分c程式設計師和嵌入式系統程式設計師的最基本的問題。搞嵌入式的傢伙們經常同硬體、中斷、rtos等等打交 道,所有這些都要求用到volatile變數。不懂得volatile的內容將會帶來災難。假設被面試者正確地回答了這是問題(嗯,懷疑是否會是這樣), 我將稍微深究一下,看一下這傢伙是不是直正懂得volatile完全的重要性。 

1)乙個引數既可以是const還可以是volatile嗎?解釋為什麼。 

2); 乙個指標可以是volatile 嗎?解釋為什麼。 

3); 下面的函式有什麼錯誤: 

int square(volatile int *ptr) 

下面是答案: 

1)是的。乙個例子是唯讀的狀態暫存器。它是volatile因為它可能被意想不到地改變。它是const因為程式不應該試圖去修改它。 

2); 是的。儘管這並不很常見。乙個例子是當乙個中服務子程式修該乙個指向乙個buffer的指標時。 

3) 這段**有點**。這段**的目的是用來返指標*ptr指向值的平方,但是,由於*ptr指向乙個volatile型引數,編譯器將產生類似下面的**: 

int square(volatile int *ptr) 

由於*ptr的值可能被意想不到地該變,因此a和b可能是不同的。結果,這段**可能返不是你所期望的平方值!正確的**如下: 

long square(volatile int *ptr) 

位操作(bit manipulation)

//*********************

嵌入式程式設計中經常用到 volatile這個關鍵字,在網上查了下他的用法可以歸結為以下兩點:

一:告訴compiler不能做任何優化

比如要往某一位址送兩指令: 

int *ip =...; //裝置位址 

*ip = 1; //第乙個指令 

*ip = 2; //第二個指令 

以上程式compiler可能做優化而成: 

int *ip = ...; 

*ip = 2; 

結果第乙個指令丟失。如果用volatile, compiler就不允許做任何的優化,從而保證程式的原意: 

volatile int *ip = ...; 

*ip = 1; 

*ip = 2; 

即使你要compiler做優化,它也不會把兩次付值語句間化為一。它只能做其它的優化。這對device driver程式設計師很有用。

二:表示用volatile定義的變數會在程式外被改變,每次都必須從記憶體中讀取,而不能把他放在cache或暫存器中重複使用。

如   volatile char a;   

a=0; 

while(!a)   

doother(); 

如果沒有 volatile doother()不會被執行 /

下面是在vc6中的測試

注意,在vc6中,一般除錯模式沒有進行**優化,所以這個關鍵字的作用看不出來。下面通過插入彙編

**,測試有無volatile關鍵字,對程式最終**的影響:

首先用classwizard建乙個win32 console工程,插入乙個voltest.cpp檔案,輸入下面的**:

#include

void main()

int b = i;

printf("i= %d/n",b);

}然後,在除錯版本模式執行程式,輸出結果如下:

i = 10

i = 32

然後,在release版本模式執行程式,輸出結果如下:

i = 10

i = 10

輸出的結果明顯表明,release模式下,編譯器對**進行了優化,第二次沒有輸出正確的i值。

下面,我們把 i的宣告加上volatile關鍵字,看看有什麼變化:

#include

void main()

int b = i;

printf("i= %d/n",b);

}分別在除錯版本和release版本執行程式,輸出都是:

i = 10

i = 32

這說明這個關鍵字發揮了它的作用!

**:

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