分享牛人解釋的volatile關(guān)鍵字

volatile作用

一個(gè)定義為volatile的變量是說(shuō)這變量可能會(huì)被意想不到地改變，這樣，編譯器就不會(huì)去假設(shè)這個(gè)變量的值了。精確地說(shuō)就是，優(yōu)化器在用到這個(gè)變量時(shí)必須每次都小心地重新讀取這個(gè)變量的值，而不是使用保存在寄存器里的備份。下面是volatile變量的幾個(gè)例子：
1). 并行設(shè)備的硬件寄存器（如：狀態(tài)寄存器）
2). 一個(gè)中斷服務(wù)子程序中會(huì)訪問(wèn)到的非自動(dòng)變量(Non-automatic variables)
3). 多線程應(yīng)用中被幾個(gè)任務(wù)共享的變量
回答不出這個(gè)問(wèn)題的人是不會(huì)被雇傭的。我認(rèn)為這是區(qū)分C程序員和嵌入式系統(tǒng)程序員的最基本的問(wèn)題。嵌入式系統(tǒng)程序員經(jīng)常同硬件、中斷、RTOS等等打交道，所用這些都要求volatile變量。不懂得volatile內(nèi)容將會(huì)帶來(lái)災(zāi)難。
假設(shè)被面試者正確地回答了這是問(wèn)題（嗯，懷疑這否會(huì)是這樣），我將稍微深究一下，看一下這家伙是不是直正懂得volatile完全的重要性。
1). 一個(gè)參數(shù)既可以是const還可以是volatile嗎？解釋為什么。
2). 一個(gè)指針可以是volatile 嗎？解釋為什么。
3). 下面的函數(shù)有什么錯(cuò)誤：
int square(volatile int *ptr)
{
return *ptr * *ptr;
}
下面是答案：
1). 是的。一個(gè)例子是只讀的狀態(tài)寄存器。它是volatile因?yàn)樗赡鼙灰庀氩坏降馗淖儭Ｋ莄onst因?yàn)槌绦虿粦?yīng)該試圖去修改它。
2). 是的。盡管這并不很常見。一個(gè)例子是當(dāng)一個(gè)中服務(wù)子程序修該一個(gè)指向一個(gè)buffer的指針時(shí)。
3). 這段代碼的有個(gè)惡作劇。這段代碼的目的是用來(lái)返指針*ptr指向值的平方，但是，由于*ptr指向一個(gè)volatile型參數(shù)，編譯器將產(chǎn)生類似下面的代碼：
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該變，因此a和b可能是不同的。結(jié)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;
}
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volatile的本意是“易變的”
由于訪問(wèn)寄存器的速度要快過(guò)RAM，所以編譯器一般都會(huì)作減少存取外部RAM的優(yōu)化。比如：
static int i=0;
int main(void)
{
...
while (1)
{
if (i) dosomething();
}
}

void ISR_2(void)
{
i=1;
}
程序的本意是希望ISR_2中斷產(chǎn)生時(shí)，在main當(dāng)中調(diào)用dosomething函數(shù)，但是，由于編譯器判斷在main函數(shù)里面沒(méi)有修改過(guò)i，因此
可能只執(zhí)行一次對(duì)從i到某寄存器的讀操作，然后每次if判斷都只使用這個(gè)寄存器里面的“i副本”，導(dǎo)致dosomething永遠(yuǎn)也不會(huì)被
調(diào)用。如果將將變量加上volatile修飾，則編譯器保證對(duì)此變量的讀寫操作都不會(huì)被優(yōu)化（肯定執(zhí)行）。此例中i也應(yīng)該如此說(shuō)明。
一般說(shuō)來(lái)，volatile用在如下的幾個(gè)地方：
1、中斷服務(wù)程序中修改的供其它程序檢測(cè)的變量需要加volatile；
2、多任務(wù)環(huán)境下各任務(wù)間共享的標(biāo)志應(yīng)該加volatile；
3、存儲(chǔ)器映射的硬件寄存器通常也要加volatile說(shuō)明，因?yàn)槊看螌?duì)它的讀寫都可能由不同意義；
另外，以上這幾種情況經(jīng)常還要同時(shí)考慮數(shù)據(jù)的完整性（相互關(guān)聯(lián)的幾個(gè)標(biāo)志讀了一半被打斷了重寫），在1中可以通過(guò)關(guān)中斷來(lái)實(shí)
現(xiàn)，2中可以禁止任務(wù)調(diào)度，3中則只能依靠硬件的良好設(shè)計(jì)了。
volatile 的含義
volatile總是與優(yōu)化有關(guān)，編譯器有一種技術(shù)叫做數(shù)據(jù)流分析，分析程序中的變量在哪里賦值、在哪里使用、在哪里失效，分析結(jié)果可以用于常量合并，常量傳播等優(yōu)化，進(jìn)一步可以死代碼消除。但有時(shí)這些優(yōu)化不是程序所需要的，這時(shí)可以用volatile關(guān)鍵字禁止做這些優(yōu)化，volatile的字面含義是易變的，它有下面的作用：
1 不會(huì)在兩個(gè)***作之間把volatile變量緩存在寄存器中。在多任務(wù)、中斷、甚至setjmp環(huán)境下，變量可能被其他的程序改變，編譯器自己無(wú)法知道，volatile就是告訴編譯器這種情況。
2 不做常量合并、常量傳播等優(yōu)化，所以像下面的代碼：
volatile int i = 1;
if (i > 0) ...
if的條件不會(huì)當(dāng)作無(wú)條件真。
3 對(duì)volatile變量的讀寫不會(huì)被優(yōu)化掉。如果你對(duì)一個(gè)變量賦值但后面沒(méi)用到，編譯器常常可以省略那個(gè)賦值***作，然而對(duì)Memory Mapped IO的處理是不能這樣優(yōu)化的。
前面有人說(shuō)volatile可以保證對(duì)內(nèi)存操作的原子性，這種說(shuō)法不大準(zhǔn)確，其一，x86需要LOCK前綴才能在SMP下保證原子性，其二，RISC根本不能對(duì)內(nèi)存直接運(yùn)算，要保證原子性得用別的方法，如atomic_inc。
對(duì)于jiffies，它已經(jīng)聲明為volatile變量，我認(rèn)為直接用jiffies++就可以了，沒(méi)必要用那種復(fù)雜的形式，因?yàn)槟菢右膊荒鼙ＷC原子性。
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關(guān)鍵在于兩個(gè)地方：

1. 編譯器的優(yōu)化 (請(qǐng)高手幫我看看下面的理解)
在本次線程內(nèi), 當(dāng)讀取一個(gè)變量時(shí)，為提高存取速度，編譯器優(yōu)化時(shí)有時(shí)會(huì)先把變量讀取到一個(gè)寄存器中；以后，再取變量值時(shí)，就直接從寄存器中取值；
當(dāng)變量值在本線程里改變時(shí)，會(huì)同時(shí)把變量的新值copy到該寄存器中，以便保持一致
當(dāng)變量在因別的線程等而改變了值，該寄存器的值不會(huì)相應(yīng)改變，從而造成應(yīng)用程序讀取的值和實(shí)際的變量值不一致
當(dāng)該寄存器在因別的線程等而改變了值，原變量的值不會(huì)改變，從而造成應(yīng)用程序讀取的值和實(shí)際的變量值不一致
舉一個(gè)不太準(zhǔn)確的例子：
發(fā)薪資時(shí)，會(huì)計(jì)每次都把員工叫來(lái)登記他們的銀行卡號(hào)；一次會(huì)計(jì)為了省事，沒(méi)有即時(shí)登記，用了以前登記的銀行卡號(hào)；剛好一個(gè)員工的銀行卡丟了，已掛失該銀行卡號(hào)；從而造成該員工領(lǐng)不到工資
員工 －－ 原始變量地址
銀行卡號(hào) －－ 原始變量在寄存器的備份
2. 在什么情況下會(huì)出現(xiàn)(如1樓所說(shuō))
1). 并行設(shè)備的硬件寄存器（如：狀態(tài)寄存器）
2). 一個(gè)中斷服務(wù)子程序中會(huì)訪問(wèn)到的非自動(dòng)變量(Non-automatic variables)
3). 多線程應(yīng)用中被幾個(gè)任務(wù)共享的變量

補(bǔ)充： volatile應(yīng)該解釋為“直接存取原始內(nèi)存地址”比較合適，“易變的”這種解釋簡(jiǎn)直有點(diǎn)誤導(dǎo)人；
“易變”是因?yàn)橥庠谝蛩匾鸬模蠖嗑€程，中斷等，并不是因?yàn)橛胿olatile修飾了的變量就是“易變”了，假如沒(méi)有外因，即使用volatile定義，它也不會(huì)變化；
而用volatile定義之后，其實(shí)這個(gè)變量就不會(huì)因外因而變化了，可以放心使用了；大家看看前面那種解釋（易變的）是不是在誤導(dǎo)人

另外補(bǔ)充volatile在DSP中的理解：

該單詞的意思是可變的，易變的。在DSP中，一些寄存器的值的變化有兩種情況：（1）硬件上導(dǎo)致的變化，例如中斷、ADC等；（2）軟件上的變化，例如對(duì)某個(gè)變量賦值等。

當(dāng)加入了關(guān)鍵字volatile，則表示該變量的值可因上述兩種情況而發(fā)生變化；即，對(duì)軟件來(lái)說(shuō)，硬件上變化的值是不可預(yù)知的，加入了該關(guān)鍵字，提示編譯器每次讀取該變量時(shí)，都要直接讀取該變量地址中的寄存器，保證了數(shù)據(jù)的正確性。