探討C語言中關鍵字volatile的含義_C 語言

來源:互聯網
上載者:User
volatile 的意思是“易失的,易改變的”。這個限定詞的含義是向編譯器指明變數的內容可能會由於其他程式的修改而變化。通常在程式中申明了一個變數時,編譯器會盡量把它存放在通用寄存器中,例如ebx。當CPU把其值放到ebx中後就不會再關心對應記憶體中的值。若此時其他程式(例如核心程式或一個中斷)修改了記憶體中它的值,ebx中的值並不會隨之更新。為瞭解決這種情況就建立了volatile限定詞,讓代碼在引用該變數時一定要從指定位置取得其值。

關鍵字volatile有什麼含意?並給出三個不同的例子。 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。
假設被面試者正確地回答了這是問題(嗯,懷疑這否會是這樣),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:
複製代碼 代碼如下:

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:
複製代碼 代碼如下:

long square(volatile int *ptr)
{
int a;
a = *ptr;
return a * a; }


volatile的本意是“易變的”  
由於訪問寄存器的速度要快過RAM,所以編譯器一般都會作減少存取外部RAM的最佳化。比如:
複製代碼 代碼如下:

static   int   i=0;
int   main(void)
{
        ...
        while   (1)
        {
                if   (i)   dosomething();
        }
}
/*   Interrupt   service   routine.   */
void   ISR_2(void)
{
          i=1;
}

程式的本意是希望ISR_2中斷產生時,在main當中調用dosomething函數,但是,由於編譯器判斷在main函數裡面沒有修改過i,因此
可能只執行一次對從i到某寄存器的讀操作,然後每次if判斷都只使用這個寄存器裡面的“i副本”,導致dosomething永遠也不會被調用。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最佳化(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、多任務環境下各任務間共用的標誌應該加volatile;
3、儲存空間映射的硬體寄存器通常也要加volatile說明,因為每次對它的讀寫都可能由不同意義;
另外,以上這幾種情況經常還要同時考慮資料的完整性(相互關聯的幾個標誌讀了一半被打斷了重寫),在1中可以通過關中斷來實
現,2中可以禁止任務調度,3中則只能依靠硬體的良好設計了。
//=============
指標類型也是一種變數,所以也是可以用volatile來修飾的.
volatile關鍵字是一種類型修飾符,用它聲明的類型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。
使用該關鍵字的例子如下:
int   volatile   nVint;
當要求使用volatile   聲明的變數的值的時候,系統總是重新從它所在的記憶體讀取資料,即使它前面的指
令剛剛從該處讀取過資料。而且讀取的資料立刻被儲存。
例如:
volatile   int   i=10;
int   a   =   i;
。。。//其他代碼,並未明確告訴編譯器,對i進行過操作
int   b   =   i;
volatile   指出   i是隨時可能發生變化的,每次使用它的時候必須從i的地址中讀取,因而編譯器產生的
彙編代碼會重新從i的地址讀取資料放在b中。而最佳化做法是,由於編譯器發現兩次從i讀資料的代碼之間
的代碼沒有對i進行過操作,它會自動把上次讀的資料放在b中。而不是重新從i裡面讀。這樣以來,如果
i是一個寄存器變數或者表示一個連接埠資料就容易出錯,所以說volatile可以保證對特殊地址的穩定訪問。
注意,在vc6中,一般偵錯模式沒有進行代碼最佳化,所以這個關鍵字的作用看不出來。下面通過插入彙編
代碼,測試有無volatile關鍵字,對程式最終代碼的影響:
首先用classwizard建一個win32   console工程,插入一個voltest.cpp檔案,輸入下面的代碼:
複製代碼 代碼如下:

#include   <stdio.h>
void   main()
{
  int   i=10;
  int   a   =   i;
  printf( "i=   %d\n ",a);
                //下面彙編語句的作用就是改變記憶體中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\n ",b);
}

然後,在調試版本模式運行程式,輸出結果如下:
複製代碼 代碼如下:

i   =   10
i   =   32

然後,在release版本模式運行程式,輸出結果如下:
複製代碼 代碼如下:

i   =   10
i   =   10

輸出的結果明顯表明,release模式下,編譯器對代碼進行了最佳化,第二次沒有輸出正確的i值。
下面,我們把   i的聲明加上volatile關鍵字,看看有什麼變化:
複製代碼 代碼如下:

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

分別在調試版本和release版本運行程式,輸出都是:
複製代碼 代碼如下:

i   =   10
i   =   32
這說明這個關鍵字發揮了它的作用!

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