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 寄存器裡的備份。下面是volatile變量的幾個例子:
1). 並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?解釋為什麼。
2). 一個指針可以是volatile 嗎?解釋為什麼。
3). 下面的函數有 什麼錯誤:
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。盡管這並不很常見。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,由於*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;
}
由於*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;
}
關鍵在於兩個地方:
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;以後,再取變量值時,就直接從寄存器中取值;
當變量值在本線程裡改變時,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
舉一個不太准確的例子:
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 麼情況下會出現(如1樓所說)
1). 並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,並不是因為用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定義之後,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,並未明確告訴編譯器,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,由於編 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裡面讀。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);
}
然後,在調試版本模式運行程序,輸出結果如下:
i = 10
i = 32
然後,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,看看有什麼變化:
#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!
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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,而你的程序並不知道。
對於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”
由於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,由於編譯器判斷在main函數裡面沒有修改過i,因此
可能只執行一次對從i到某寄存器的讀操作,然 後每次if判斷都只使用這個寄存器裡面的“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。