C語言中的volatile的使用

本文參考自：http://gyy.iteye.com/blog/166678，感謝原作者！

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
嵌入式系統程式員經常同硬體、中斷、RTOS等等打交道，這些都要求volatile變數。不懂得volatile內容將會帶來災難。
下面是相關的幾個問題：
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改指向一個buffer的指標時。
3) 這段代碼裡有個惡作劇。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，這段代碼可能傳回值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;
}

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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：

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有不同意義；

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中可以通過有關中斷來實現，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。