C語言中volatilekeyword的作用

2021-09-08 17:16:01 字數 3197 閱讀 7093

1.編譯器優化介紹:

由於記憶體訪問速度遠不及cpu處理速度,為提高機器總體效能,在硬體上引入硬體快速快取cache,加速對記憶體的訪問。另外在現代cpu中指令的執行並不一定嚴格依照順序執行,沒有相關性的指令能夠亂序執行,以充分利用cpu的指令流水線,提高執行速度。以上是硬體級別的優化。再看軟體一級的優化:一種是在編寫**時由程式猿優化,還有一種是由編譯器進行優化。編譯器優化經常使用的方法有:將記憶體變數快取到暫存器;調整指令順序充分利用cpu指令流水線,常見的是又一次排序讀寫指令。對常規記憶體進行優化的時候,這些優化是透明的,並且效率非常好。由編譯器優化或者硬體又一次排序引起的問題的解決的方法是在從硬體(或者其他處理器)的角度看必須以特定順序執行的操作之間設定記憶體屏障(memory barrier),linux 提供了乙個巨集解決編譯器的執行順序問題。

void barrier(void)

這個函式通知編譯器插入乙個記憶體屏障,但對硬體無效,編譯後的**會把當前cpu暫存器中的全部改動過的數值存入記憶體,須要這些資料的時候再又一次從記憶體中讀出。

2.volatile總是與優化有關,編譯器有一種技術叫做資料流分析,分析程式中的變數在**賦值、在**使用、在**失效,分析結果能夠用於常量合併,常量傳播等優化,進一步能夠消除一些**。但有時這些優化不是程式所須要的,這時能夠用volatilekeyword禁止做這些優化。

2.看兩個事例:

1>

告訴compiler不能做不論什麼優化

比方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。假設用volatile, compiler就不允許做不論什麼的優化,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。它僅僅能做其他的優化。

2>

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,而不能重複使用放在cache或暫存器中的備份。

比如:

volatile char a;

a=0;

while(!a)

doother();

假設沒有 volatiledoother()不會被執行

3.以下是使用volatile變數的幾個場景:

1>中斷服務程式中改動的供其他程式檢測的變數須要加volatile;

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函式中呼叫dosomething函式,可是,由於編譯器推斷在main函式裡面沒有改動過i,因此可能僅僅執行一次對從i到某暫存器的讀操作,然後每次if推斷都僅僅使用這個暫存器裡面的「i副本」,導致dosomething永遠也不會被呼叫。假設將變數加上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。

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voliate,由於每次對它的讀寫都可能有不允許義。

比如: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ioport;

int   init(void)

}經過編譯器優化後,編譯器覺得前面迴圈半天都是廢話,對最後的結果毫無影響,由於終於僅僅是將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)

假設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。反之假設你不是對此port重複寫操作,而是重複讀操作,其結果是一樣的,編譯器在優化後,或許你的**對此位址的讀操作僅僅做了一次。然而從**角度看是沒有不論什麼問題的。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。

比如:volatile  int *output=(volatile unsigned int *)0xff800000;//定義乙個i/oport

另外,以上這幾種情況經常還要同一時候考慮資料的完整性(相互關聯的幾個標誌讀了一半被打斷了重寫),在1中能夠通過關中斷來實現,2中禁止任務排程,3中則僅僅能依靠硬體的良好設計。

4.幾個問題

1)乙個引數既能夠是const還能夠是volatile嗎?

能夠的,比如僅僅讀的狀態暫存器。它是volatile由於它可能被意想不到地改變。它是const由於程式不應該試圖去改動它。

2) 乙個指標能夠是volatile 嗎?

能夠,當乙個中服務子程式修該乙個指向乙個buffer的指標時。

5.volatile的本質:

1> 編譯器的優化

在本次執行緒內, 當讀取乙個變數時,為提高訪問速度,編譯器優化時有時會先把變數讀取到乙個暫存器中;以後,再取變數值時,就直接從暫存器中取值;當變數值在本執行緒裡改變時,會同一時候把變數的新值copy到該暫存器中,以便保持一致。

當變數在因別的執行緒等而改變了值,該暫存器的值不會對應改變,從而造成應用程式讀取的值和實際的變數值不一致。

當該暫存器在因別的執行緒等而改變了值,原變數的值不會改變,從而造成應用程式讀取的值和實際的變數值不一致。

2>volatile應該解釋為「直接訪問原始記憶體位址」比較合適,「易變的」這樣的解釋簡直有點誤導人。

6.以下的函式有什麼錯誤:

int square(volatile int *ptr)

該程式的目的是用來返指標*ptr指向值的平方,可是,由於*ptr指向乙個volatile型引數,編譯器將產生相似以下的**:

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**例如以下:

long square(volatile int *ptr)

注意:頻繁地使用volatile非常可能會新增**尺寸和降低效能,因此要合理的使用volatile。

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