对volatile修饰符的理解和使用

时间:2022-04-02 21:06:49

1. 什么是volatile修饰符?

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、硬件或者其他线程等。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。

2. 一个简单的例子

volatile 影响编译器编译的结果。volatile变量是随时可能发生变化的,与volatile变量有关的运算,不进行编译优化。如:

volatile int i=10;
int j = i;


int k = i;

不优化的方式:编译器生成的可执行码会重新从i的地址读取数据放在k中
优化的方式: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k中。

也就是说:volatile 告诉编译器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,因而编译器生成的可执行码会重新从i的地址读取数据放在k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k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,不会出错。

下面是一个实例,使用(VC6):

#include <stdio.h>

int main()
{
int i = 10;
int b;
int a = i;
printf("i = %d\n", a);
// 下面汇编语句的作用就是改变内存中i的值
__asm
{
mov dword ptr [ebp-4], 20h
}
b = i;
printf("i = %d\n", b);
return 0;
}

大家在编译的时候选择debug和release模式会得到不同的结果。其中debug意味着不进行优化,release则编译器进行优化。有图有真相:

对volatile修饰符的理解和使用

3. 寄存器的那些事

寄存器是CPU内部用来存放数据的一些小型存储区域,用来暂时存放参与运算的数据和运算结果。
存取速度:寄存器 >> cache >> RAM
在目前的计算机技术中,主存储器存取速度比CPU操作慢很多。寄存器可以充分发挥CPU高速处理的性能,缓和*处理器和主存储器之间速度不匹配的矛盾。
寄存器中变量的状态并不能直接等同于内存中此变量的状态

4. 多线程共享变量

Thread A:                   ThreadB:
int k;                   ...
gTest = 1;                   ...
...                        ...
...                        gTest= 2;
...                        ...
k = gTest;          ...

在本次线程内, 当读取一个变量时,为提高存取速度,编译器优化时有时会先把变量读取到一个寄存器中;以后,再取变量值时,就直接从寄存器中取值;当变量值在本线程里改变时,会同时把变量的新值copy到该寄存器中,以便保持一致。当变量在因别的线程等而改变了值,该寄存器的值不会相应改变,从而造成应用程序读取的值和实际的变量值不一致。

5. ISR修改变量

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

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。比如:程序的本意是希望ISR中断产生时,在main当中调用dosomething函数,但是,由于编译器判断在main函数里面没有修改过i,因此可能只执行一次对从i到某寄存器的读操作,然后每次if判断都只使用这个寄存器里面的“i副本”,导致dosomething永远也不会被调用。如果将变量加上volatile修饰,则编译器保证对此变量的读写操作都不会被优化(肯定执行)。此例中i也应该如此说明。

6. 在何时使用volatile?

volatile:”易失变量“? ”编译时不做优化“、”直接存取原始内存地址“

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(如状态寄存器)通常也要加volatile说明,因为每次对它的读写都可能有不同意义