volatile關(guān)鍵字的作用

在看C語言基礎(chǔ)知識(shí)的時(shí)候看到了volatile關(guān)鍵字，不是很理解，所以查了資料，總結(jié)一下。

volatile譯為：易變的

• volatile是一個(gè)類型修飾符（type specifier），就像我們熟悉的const一樣，它是被設(shè)計(jì)用來修飾被不同線程訪問和修改的變量；
• volatile的作用是作為指令關(guān)鍵字，確保本條指令不會(huì)因編譯器的優(yōu)化而省略，且要求每次直接讀值。

簡單地說就是防止編譯器對(duì)代碼進(jìn)行優(yōu)化。

比如如下程序：

XBYTE[2]=0x55;
XBYTE[2]=0x56;
XBYTE[2]=0x57;
XBYTE[2]=0x58;

對(duì)外部硬件而言，上述四條語句分別表示不同的操作，會(huì)產(chǎn)生四種不同的動(dòng)作，但是編譯器卻會(huì)對(duì)上述四條語句進(jìn)行優(yōu)化，認(rèn)為只有XBYTE[2]=0x58（即忽略前三條語句，只產(chǎn)生一條機(jī)器代碼）。

如果鍵入volatile，則編譯器會(huì)逐一地進(jìn)行編譯并產(chǎn)生相應(yīng)的機(jī)器代碼（產(chǎn)生四條代碼）。

典型的例子

for(int i=0; i<100000; i++);

這個(gè)語句用來測試空循環(huán)的速度的

但是編譯器肯定要把它優(yōu)化掉，根本就不執(zhí)行

如果你寫成

for(volatile int i=0; i<100000; i++);

它就會(huì)執(zhí)行了

volatile的本意是“易變的”

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

一些相關(guān)的面試題

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)被用來計(jì)算某個(gè)整數(shù)的平方，它能實(shí)現(xiàn)預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)嗎？如果不能，試回答存在什么問題：

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?。它是const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)中斷服務(wù)子程序修改一個(gè)指向一個(gè)buffer的指針時(shí)。

3）這段代碼是個(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)//這里參數(shù)應(yīng)該申明為引用，不然函數(shù)體里只會(huì)使用副本，外部沒法更改

{
    int a,b;
    a = *ptr;
    b = *ptr;
    return a*b;
}

由于ptr的值可能在兩次取值語句之間發(fā)生改變，因此a和b可能是不同的。

結(jié)果，這段代碼可能返回的不是你所期望的平方值！

正確的代碼如下：

long square(volatile intptr)

{
    int a;
    a = *ptr;
    return a*a;
}

另外，還可能出現(xiàn)在debug版中看不出來，在release版中才顯現(xiàn)的問題：

#include<stdio.h>
void main(int argc,char *argv[])
{
 int i = 10;
 int a = i;
 printf("i=%d",a);
 //下面匯編語句的作用就是改變內(nèi)存中i的值，但是又不讓編譯器知道
__asm
    {
        mov dword ptr[ebp-4],20h
    }
    int b = i;
    printf("i=%d",b);
}

然后，在調(diào)試版本模式運(yùn)行程序，輸出結(jié)果如下：

i = 10
i = 32

然后，在release版本模式運(yùn)行程序，輸出結(jié)果如下：

i = 10
i = 10

輸出的結(jié)果明顯表明，release模式下，編譯器對(duì)代碼進(jìn)行了優(yōu)化，第二次沒有輸出正確的i值。

我們把 i的聲明加上volatile關(guān)鍵字，看看有什么變化：

#include<stdio.h>
void main(int argc,char *argv[])
{
    volatile int i = 10;
    int a = i;
    printf("i=%d",a);
    __asm
    {
    `    mov dword ptr[ebp-4],20h
    }
    int b = i;
    printf("i=%d",b);
}

分別在調(diào)試版本和release版本運(yùn)行程序，輸出都是：

i = 10
i = 32

這說明這個(gè)關(guān)鍵字發(fā)揮了它的作用！

volatile應(yīng)該解釋為“直接存取原始內(nèi)存地址”比較合適，“易變的”這種解釋簡直有點(diǎn)誤導(dǎo)人；

比如多線程的程序，共同訪問的內(nèi)存當(dāng)中，多個(gè)程序都可以操縱這個(gè)變量

你自己的程序，是無法判定何時(shí)這個(gè)變量會(huì)發(fā)生變化

還比如，他和一個(gè)外部設(shè)備的某個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)，當(dāng)外部設(shè)備發(fā)生操作的時(shí)候，通過驅(qū)動(dòng)程序和中斷事件，系統(tǒng)改變了這個(gè)變量的數(shù)值，而你的程序并不知道。

對(duì)于volatile類型的變量，系統(tǒng)每次用到他的時(shí)候都是直接從對(duì)應(yīng)的內(nèi)存當(dāng)中提取，而不會(huì)利用cache當(dāng)中的原有數(shù)值，以適應(yīng)它的未知何時(shí)會(huì)發(fā)生的變化，系統(tǒng)對(duì)這種變量的處理不會(huì)做優(yōu)化——顯然也是因?yàn)樗臄?shù)值隨時(shí)都可能變化的情況。

使用地方

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(chǔ)器映射的硬件寄存器通常也要加volatile說明，因?yàn)槊看螌?duì)它的讀寫都可能有不同意義；

另外，以上這幾種情況經(jīng)常還要同時(shí)考慮數(shù)據(jù)的完整性（相互關(guān)聯(lián)的幾個(gè)標(biāo)志讀了一半被打斷了重寫），在1中可以通過關(guān)中斷來實(shí)現(xiàn)，2 中可以禁止任務(wù)調(diào)度，3中則只能依靠硬件的良好設(shè)計(jì)了。

總結(jié)

以上為個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，希望能給大家一個(gè)參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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