引子1
猜猜看,下面这段代码有什么问题:
void Delay(UINT32 n)
{
while(—n);
}
答案:
本来代码完全正常,但是为了优化性能,打开了编译器的优化。但是发现这个函数被编译器优化掉了。为了防止被优化掉,需要给函数的参数加上volatile:
void Delay(volatile UINT32 n)
{
while(—n);
}
引子2
再猜猜看,《程序员面试宝典》这段代码有什么问题:
int square(volatile int *ptr)
{
return *ptr * *ptr;
}
答案:
由于*ptr指向一个volatile型参数,编译器将产生类似下面的代码:
int square(volatile int *ptr)
{
int a,b;
a = *ptr;
b = *ptr;
return a * b;
}
由于*ptr的值可能被意想不到地该变,因此a和b可能是不同的。结果,这段代码可能返不是你所期望的平方值!正确的代码如下:
int square(volatile int *ptr)
{
int a;
a = *ptr;
return a * a;
}
正文
1. 为什么用volatile?
C/C++ 中的 volatile 关键字和 const 对应,用来修饰变量(易变的),通常用于建立语言级别的 memory barrier。
volatile 关键字是一种类型修饰符,用它声明的类型变量表示可以被某些编译器未知的因素更改,比如:操作系统、硬件或者其它线程等。
遇到这个关键字声明的变量,编译器对访问该变量的代码就不再进行优化,从而可以提供对特殊地址的稳定访问。
声明时语法:int volatile vInt;
当要求使用 volatile 声明的变量的值的时候,系统总是重新从它所在的内存读取数据,即使它前面的指令刚刚从该处读取过数据。而且读取的数据立刻被保存。
由于访问寄存器的速度要快过RAM,所以编译器一般都会作减少存取外部RAM的优化。遇到这个关键字声明的变量,编译器对访问该变量的代码就不再进行优化,从而可以提供对特殊地址的稳定访问。
volatile的本意是“易变的”,不过翻译成“直接存取原始内存地址”更为合适。“易变”是因为外在因素引起的,象多线程,中断等,并不是因为用volatile修饰了的变量就是“易变”了,假如没有外因,即使用volatile定义,它也不会变化。
使用该关键字的例子如下:
int volatile nVint;//当要求使用volatile 声明的变量的值的时候,系统总是重新从它所在的内存读取数据,即使它前面的指令刚刚从该处读取过数据。而且读取的数据立刻被保存。
对于这样的代码:
volatile int i = 10;
int a = i;
... //其他代码,并未明确告诉编译器,对i进行过操作
int b = i;
volatile 指出 i是随时可能发生变化的,每次使用它的时候必须从i的地址中读取,因而编译器生成的汇编代码会重新从i的地址读取数据放在b中。
而优化做法是,由于编译器发现两次从i读数据的代码之间的代码没有对i进行过操作,它会自动把上次读的数据放在b中。而不是重新从i里面读。这样以来,如果i是一个寄存器变量或者表示一个端口数据就容易出错,所以说volatile可以保证对特殊地址的稳定访问。
一般说来,volatile用在如下的几个地方:
- 中断服务程序中修改的供其它程序检测的变量需要加volatile;
- 多任务环境下各任务间共享的标志应该加volatile;
- 存储器映射的硬件寄存器通常也要加volatile说明,因为每次对它的读写都可能由不同意义。
另外,以上这几种情况经常还要同时考虑数据的完整性(相互关联的几个标志读了一半被打断了重写),在1中可以通过关中断来实现,2中可以禁止任务调度,3中则只能依靠硬件的良好设计了。
2.volatile 指针
和 const 修饰词类似,const 有常量指针和指针常量的说法,volatile 也有相应的概念:
- 修饰由指针指向的对象、数据是 const 或 volatile 的:
const
char
* cpch;
volatile
char
* vpch;
- 指针自身的值——一个代表地址的整数变量,是 const 或 volatile 的:
char
*
const
pchc;
char
*
volatile
pchv;
注意:(1) 可以把一个非volatile int赋给volatile int,但是不能把非volatile对象赋给一个volatile对象。
(2) 除了基本类型外,对用户定义类型也可以用volatile类型进行修饰。
(3) C++中一个有volatile标识符的类只能访问它接口的子集,一个由类的实现者控制的子集。用户只能用const_cast来获得对类型接口的完全访问。此外,volatile向const一样会从类传递到它的成员。