[C++基礎]volatile關鍵詞

volatile概念

volatile 是易變的、不穩定的意思。 

volatile關鍵字和const 一樣是一種類型修飾符，用它修飾的變數表示可以被某些編譯器未知的因素更改，比如作業系統、硬體或者其它線程等。遇到這個關鍵字聲明的變數，編譯器對訪問該變數的代碼就不再進行最佳化，從而可以提供對特殊地址的穩定訪問。

先看看下面的例子：   int i=10;   int j = i；//(1)語句   int k = i；//(2)語句這時候編譯器對代碼進行最佳化，因為在（1）、（2）兩條語句中，i 沒有被用作左值。這時候編譯器認為i 的值沒有發生改變，所以在（1）語句時從記憶體中取出i 的值賦給j 之後，這個值並沒有被丟掉，而是在（2）語句時繼續用這個值給k 賦值。編譯器不會產生出彙編代碼重新從記憶體裡取i 的值，這樣提高了效率。但要注意：（1）、（2）語句之間i 沒有被用作左值才行。再看另一個例子：   volatile int i=10;   int j = i；//(3)語句   int k = i；//(4)語句volatile 關鍵字告訴編譯器i 是隨時可能發生變化的，每次使用它的時候必須從記憶體中取出i的值，因而編譯器產生的彙編代碼會重新從i 的地址處讀取資料放在k 中。

這樣看來，如果i 是一個寄存器變數或者表示一個連接埠資料或者是多個線程的共用資料，就容易出錯，所以說volatile 可以保證對特殊地址的穩定訪問。

一個定義為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，最佳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，而不是使用儲存在寄存器裡的備份。下面是volatile變數的幾個例子： 
    1). 平行裝置的硬體寄存器（如：狀態寄存器） 
    2). 一個中斷服務子程式中會訪問到的非自動變數(Non-automatic variables) 
    3). 多線程應用中被幾個任務共用的變數 
    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程式員和嵌入式系統程式員的最基本的問題。嵌入式系統程式員經常同硬體、中斷、RTOS等等打交道，所用這些都要求volatile變數。不懂得volatile內容將會帶來災難。 

volatile問題    

假設被面試者正確地回答了這幾個問題（嗯，懷疑這是否會是這樣），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). 一個參數既可以是const還可以是volatile嗎？解釋為什麼。     2). 一個指標可以是volatile 嗎？解釋為什麼。     3). 下面的函數有什麼錯誤：          int square(volatile int *ptr)          {               return *ptr * *ptr;          }     下面是答案：     1). 是的。一個例子是唯讀狀態寄存器。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。一個例子是當一個中斷服務子程式修該一個指向一個buffer的指標時。     3). 這段代碼的有個惡作劇。這段代碼的目的是用來返指標*ptr指向值的平方，但是，由於*ptr指向一個volatile型參數，編譯器將產生類似下面的代碼：     int square(volatile int *ptr)      {          int a,b;          a = *ptr;          b = *ptr;          return a * b;      }     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;      } 

總結  

1. 編譯器的最佳化(請高手幫我看看下面的理解) 

• 在本次線程內, 當讀取一個變數時，為提高存取速度，編譯器最佳化時有時會先把變數讀取到一個寄存器中；以後，再取變數值時，就直接從寄存器中取值； 
• 當變數值在本線程裡改變時，會同時把變數的新值copy到該寄存器中，以便保持一致 
• 當變數在因別的線程等而改變了值，該寄存器的值不會相應改變，從而造成應用程式讀取的值和實際的變數值不一致 
• 當該寄存器在因別的線程等而改變了值，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. 在什麼情況下會出現

•     平行裝置的硬體寄存器（如：狀態寄存器）  
•      一個中斷服務子程式中會訪問到的非自動變數(Non-automatic variables)  
•     多線程應用中被幾個任務共用的變數       

補充： volatile應該解釋為“直接存取原始記憶體位址”比較合適，“易變的”這種解釋簡直有點誤導人；