講講volatile的作用

講講volatile的作用

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一個定義為volatile的變量是說這變量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量的值了。精確地說就是，優化器在用到這個變量時必須每次都小心地重新讀取這個變量的值，而不是使用保存在寄存器里的備份。下面是volatile變量的幾個例子：
????1).?并行設備的硬件寄存器（如：狀態寄存器）
????2).?一個中斷服務子程序中會訪問到的非自動變量(Non-automatic?variables)
????3).?多線程應用中被幾個任務共享的變量
????回答不出這個問題的人是不會被雇傭的。我認為這是區分C程序員和嵌入式系統程序員的最基本的問題。嵌入式系統程序員經常同硬件、中斷、RTOS等等打交道，所用這些都要求volatile變量。不懂得volatile內容將會帶來災難。
????假設被面試者正確地回答了這是問題（嗯，懷疑這否會是這樣），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).?一個參數既可以是const還可以是volatile嗎？解釋為什么。
????2).?一個指針可以是volatile?嗎？解釋為什么。
????3).?下面的函數有什么錯誤：
?????????int?square(volatile?int?*ptr)
?????????{
??????????????return?*ptr?*?*ptr;
?????????}
????下面是答案：
????1).?是的。一個例子是只讀的狀態寄存器。它是volatile因為它可能被意想不到地改變。它是const因為程序不應該試圖去修改它。
????2).?是的。盡管這并不很常見。一個例子是當一個中服務子程序修該一個指向一個buffer的指針時。
????3).?這段代碼的有個惡作劇。這段代碼的目的是用來返指針*ptr指向值的平方，但是，由于*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;
?????}

講講我的理解：?（歡迎打板子...~~！）

關鍵在于兩個地方：?????
?
1.?編譯器的優化??(請高手幫我看看下面的理解)

在本次線程內,?當讀取一個變量時，為提高存取速度，編譯器優化時有時會先把變量讀取到一個寄存器中；以后，再取變量值時，就直接從寄存器中取值；

當變量值在本線程里改變時，會同時把變量的新值copy到該寄存器中，以便保持一致

當變量在因別的線程等而改變了值，該寄存器的值不會相應改變，從而造成應用程序讀取的值和實際的變量值不一致

當該寄存器在因別的線程等而改變了值，原變量的值不會改變，從而造成應用程序讀取的值和實際的變量值不一致?


舉一個不太準確的例子：?

發薪資時，會計每次都把員工叫來登記他們的銀行卡號；一次會計為了省事，沒有即時登記，用了以前登記的銀行卡號；剛好一個員工的銀行卡丟了，已掛失該銀行卡號；從而造成該員工領不到工資?

員工?－－?原始變量地址?
銀行卡號?－－?原始變量在寄存器的備份?


2.?在什么情況下會出現(如1樓所說)

????1).?并行設備的硬件寄存器（如：狀態寄存器）?
????2).?一個中斷服務子程序中會訪問到的非自動變量(Non-automatic?variables)?
????3).?多線程應用中被幾個任務共享的變量?
????

補充：?volatile應該解釋為“直接存取原始內存地址”比較合適，“易變的”這種解釋簡直有點誤導人；?

“易變”是因為外在因素引起的，象多線程，中斷等，并不是因為用volatile修飾了的變量就是“易變”了，假如沒有外因，即使用volatile定義，它也不會變化；

而用volatile定義之后，其實這個變量就不會因外因而變化了，可以放心使用了；?大家看看前面那種解釋（易變的）是不是在誤導人


－－－－－－－－－－－－簡明示例如下：－－－－－－－－－－－－－－－－－－

volatile關鍵字是一種類型修飾符，用它聲明的類型變量表示可以被某些編譯器未知的因素更改，比如：操作系統、硬件或者其它線程等。遇到這個關鍵字聲明的變量，編譯器對訪問該變量的代碼就不再進行優化，從而可以提供對特殊地址的穩定訪問。
使用該關鍵字的例子如下：
int?volatile?nVint;
>>>>當要求使用volatile?聲明的變量的值的時候，系統總是重新從它所在的內存讀取數據，即使它前面的指令剛剛從該處讀取過數據。而且讀取的數據立刻被保存。
例如：
volatile?int?i=10;
int?a?=?i;
...
//其他代碼，并未明確告訴編譯器，對i進行過操作
int?b?=?i;
>>>>volatile?指 出?i是隨時可能發生變化的，每次使用它的時候必須從i的地址中讀取，因而編譯器生成的匯編代碼會重新從i的地址讀取數據放在b中。而優化做法是，由于編 譯器發現兩次從i讀數據的代碼之間的代碼沒有對i進行過操作，它會自動把上次讀的數據放在b中。而不是重新從i里面讀。這樣以來，如果i是一個寄存器變量 或者表示一個端口數據就容易出錯，所以說volatile可以保證對特殊地址的穩定訪問。
>>>>注意，在vc6中，一般調試模式沒有進行代碼優化，所以這個關鍵字的作用看不出來。下面通過插入匯編代碼，測試有無volatile關鍵字，對程序最終代碼的影響：
>>>>首先，用classwizard建一個win32?console工程，插入一個voltest.cpp文件，輸入下面的代碼：
>>
＃i nclude?<stdio.h>
void?main()
{
int?i=10;
int?a?=?i;
printf("i=?%d",a);
//下面匯編語句的作用就是改變內存中i的值，但是又不讓編譯器知道
__asm?{
mov?dword?ptr?[ebp-4],?20h
}
int?b?=?i;
printf("i=?%d",b);
}??????
然后，在調試版本模式運行程序，輸出結果如下：
i?=?10
i?=?32
然后，在release版本模式運行程序，輸出結果如下：
i?=?10
i?=?10
輸出的結果明顯表明，release模式下，編譯器對代碼進行了優化，第二次沒有輸出正確的i值。下面，我們把?i的聲明加上volatile關鍵字，看看有什么變化：
＃i nclude?<stdio.h>
void?main()
{
volatile?int?i=10;
int?a?=?i;
printf("i=?%d",a);
__asm?{
mov?dword?ptr?[ebp-4],?20h
}
int?b?=?i;
printf("i=?%d",b);
}??????
分別在調試版本和release版本運行程序，輸出都是：
i?=?10
i?=?32
這說明這個關鍵字發揮了它的作用！

－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－


volatile對應的變量可能在你的程序本身不知道的情況下發生改變
比如多線程的程序，共同訪問的內存當中，多個程序都可以操縱這個變量
你自己的程序，是無法判定合適這個變量會發生變化
還比如，他和一個外部設備的某個狀態對應，當外部設備發生操作的時候，通過驅動程序和中斷事件，系統改變了這個變量的數值，而你的程序并不知道。
對于volatile類型的變量，系統每次用到他的時候都是直接從對應的內存當中提取，而不會利用cache當中的原有數值，以適應它的未知何時會發生的變化，系統對這種變量的處理不會做優化——顯然也是因為它的數值隨時都可能變化的情況。

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典型的例子
for?(?int?i=0;?i<100000;?i++);
這個語句用來測試空循環的速度的
但是編譯器肯定要把它優化掉，根本就不執行
如果你寫成?
for?(?volatile?int?i=0;?i<100000;?i++);
它就會執行了

volatile的本意是“易變的”?
由于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的優化。比如：

static?int?i=0;

int?main(void)
{
...
while?(1)
{
if?(i)?dosomething();
}
}

/*?Interrupt?service?routine.?*/
void?ISR_2(void)
{
i=1;
}

程序的本意是希望ISR_2中斷產生時，在main當中調用dosomething函數，但是，由于編譯器判斷在main函數里面沒有修改過i，因此
可能只執行一次對從i到某寄存器的讀操作，然后每次if判斷都只使用這個寄存器里面的“i副本”，導致dosomething永遠也不會被
調用。如果將將變量加上volatile修飾，則編譯器保證對此變量的讀寫操作都不會被優化（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、中斷服務程序中修改的供其它程序檢測的變量需要加volatile；

2、多任務環境下各任務間共享的標志應該加volatile；

3、存儲器映射的硬件寄存器通常也要加volatile說明，因為每次對它的讀寫都可能由不同意義；

另外，以上這幾種情況經常還要同時考慮數據的完整性（相互關聯的幾個標志讀了一半被打斷了重寫），在1中可以通過關中斷來實
現，2中可以禁止任務調度，3中則只能依靠硬件的良好設計了。

http://blog.21ic.com/user1/2949/archives/2007/35599.html