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:

  1. 中断服务程序中修改的供其它程序检测的变量需要加volatile;
  2. 多任务环境下各任务间共享的标志应该加volatile;
  3. 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。