C語言中volatile關鍵字詳解

volatile關鍵字詳解，以及在嵌入式中的應用

volatile 關鍵字的作用是作為指令關鍵字，確保本條指令不會因為編譯器的優化而省略，且要求每次直接讀值。

關鍵字 volatile 是與 const 絕對對立的。

二、在嵌入式中使用volatile

變數如果加了 volatile 修飾，則會從記憶體重新裝載內容，而不是直接從暫存器拷貝內容。

volatile應用比較多的場合，在中斷服務程式和cpu相關暫存器的定義。

volatile 關鍵字是一種型別修飾符，用它宣告的型別變數表示可以被某些編譯器未知的因素更改。volatile 提醒編譯器它後面所定義的變數隨時都有可能改變，因此編譯後的程式每次需要儲存或讀取這個變數的時候，都會直接從變數位址中讀取資料。如果沒有 volatile 關鍵字，則編譯器可能優化讀取和儲存，可能暫時使用暫存器中的值，如果這個變數由別的程式更新了的話，將出現不一致的現象。所以遇到這個關鍵字宣告的變數，編譯器對訪問該變數的**就不再進行優化，從而可以提供對特殊位址的穩定訪問。

//編譯led.c檔案
#define gpc1con *((volatile unsigned int*)0xe0200080)
#define gpc1dat *((volatile unsigned int*)0xe0200084)
#define gpc1pud *((volatile unsigned int*)0xe0200088)
//隱式宣告
void delay (unsigned int);
void led_test (void) } 
void delay (unsigned int n)

編譯：arm-linux-gcc -c led.c -o led.o –nostdlib

不使用標準庫，生成led.o檔案

三、volatile 使用

1、並行裝置的硬體暫存器（如：狀態暫存器）

儲存器對映的硬體暫存器通常也要加 voliate，因為每次對它的讀寫都可能有不同意義。

例如：假設要對乙個裝置進行初始化，此裝置的某乙個暫存器為0xff800000。

int  *output = (unsigned  int *)0xff800000;//定義乙個io埠；
int   init(void)
}

經過編譯器優化後，編譯器認為前面迴圈半天都是廢話，對最後的結果毫無影響，因為最終只是將output這個指標賦值為 9，所以編譯器最後給你編譯編譯的**結果相當於：

int init(void)

如果你對此外部裝置進行初始化的過程是必須是像上面**一樣順序的對其賦值，顯然優化過程並不能達到目的。反之如果你不是對此埠反覆寫操作，而是反覆讀操作，其結果是一樣的，編譯器在優化後，也許你的**對此位址的讀操作只做了一次。然而從**角度看是沒有任何問題的。這時候就該使用volatile通知編譯器這個變數是乙個不穩定的，在遇到此變數時候不要優化。

//編譯led.c檔案
#define gpc1con *((volatile unsigned int*)0xe0200080)
#define gpc1dat *((volatile unsigned int*)0xe0200084)
#define gpc1pud *((volatile unsigned int*)0xe0200088)
//隱式宣告
void delay (unsigned int);
void led_test (void) } 
void delay (unsigned int n) 
編譯：arm-linux-gcc -c led.c -o led.o –nostdlib 
不使用標準庫，生成led.o檔案

#define gpc1con *((volatile unsigned int*)0xe0200080) 怎麼理解？

這裡其實就是定義了乙個指標變數。

gpc1con 為暫存器名稱、0xe0200080 為暫存器位址、(volatile unsigned int*) 為強制型別轉換。

我們知道 volatile 和 const 一樣為型別修飾符，不改變變數型別。

暫存器位址為什麼要加 volatile 修飾呢？

是因為，這些暫存器裡面的值是隨時變化的。如果我們沒有將這個位址強制型別轉換成 volatile，那麼我們在使用gpc1con 這個暫存器的時候，會直接從 cpu 的暫存器中取值。因為之前gpc1con 被訪問過，也就是之前就從記憶體中取出 gpc1con 的值儲存到某個暫存器中。之所以直接從暫存器中取值，而不去記憶體中取值，是因為編譯器優化**的結果（訪問 cpu暫存器比訪問 ram 快的多）。用 volatile 關鍵字對 0xe0200080 進行強制轉換，使得每一次訪問 gpc1con 時，執行部件都會從 0xe0200080 這個記憶體單元中取出值來賦值給 gpc1con 。

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

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，例如：

static int i=0; //i 為非自動變數
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函式中呼叫 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。

3、多執行緒應用中被幾個任務共享的變數

當兩個執行緒都要用到某乙個變數且該變數的值會被改變時，應該用 volatile 宣告，該關鍵字的作用是防止優化編譯器把變數從記憶體裝入cpu暫存器中。如果變數被裝入暫存器，那麼兩個執行緒有可能乙個使用記憶體中的變數，乙個使用暫存器中的變數，這會造成程式的錯誤執行。volatile的意思是讓編譯器每次操作該變數時一定要從記憶體中真正取出，而不是使用已經存在暫存器中的值，如下：

volatile bool bstop = false; //bstop 為共享全域性變數

(1) 在乙個執行緒中：

while( !bstop )

bstop = false;

return;

(2) 在另外乙個執行緒中，要終止上面的執行緒迴圈：

bstop = true;

while( bstop );

等待上面的執行緒終止，如果bstop不使用volatile申明，那麼這個迴圈將是乙個死迴圈，因為bstop已經讀取到了暫存器中，暫存器中bstop的值永遠不會變成false，加上volatile，程式在執行時，每次均從記憶體中讀出bstop的值，就不會死迴圈了。

總結：volatile 關鍵字是一種型別修飾符，用它宣告的型別變數表示可以被某些編譯器未知的因素更改。volatile 提醒編譯器它後面所定義的變數隨時都有可能改變，因此編譯後的程式每次需要儲存或讀取這個變數的時候，都會直接從變數位址中讀取資料。如果沒有 volatile 關鍵字，則編譯器可能優化讀取和儲存，可能暫時使用暫存器中的值，如果這個變數由別的程式更新了的話，將出現不一致的現象。所以遇到這個關鍵字宣告的變數，編譯器對訪問該變數的**就不再進行優化，從而可以提供對特殊位址的穩定訪問。

更詳細的解釋可以參考

C語言中volatile關鍵字詳解

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C語言中volatile關鍵字

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