探討C語言中關(guān)鍵字volatile的含義
更新時間:2013年05月28日 15:30:20 作者:
本篇文章是對C語言中關(guān)鍵字volatile的含義進行了詳細的分析介紹,需要的朋友參考下
volatile 的意思是“易失的,易改變的”。這個限定詞的含義是向編譯器指明變量的內(nèi)容可能會由于其他程序的修改而變化。通常在程序中申明了一個變量時,編譯器會盡量把它存放在通用寄存器中,例如ebx。當CPU把其值放到ebx中后就不會再關(guān)心對應內(nèi)存中的值。若此時其他程序(例如內(nèi)核程序或一個中斷)修改了內(nèi)存中它的值,ebx中的值并不會隨之更新。為了解決這種情況就創(chuàng)建了volatile限定詞,讓代碼在引用該變量時一定要從指定位置取得其值。
關(guān)鍵字volatile有什么含意?并給出三個不同的例子。 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(shè)這個變量的值了。精確地說就是,優(yōu)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(shè)備的硬件寄存器(如:狀態(tài)寄存器)
2). 一個中斷服務(wù)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(wù)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(qū)分C程序員和嵌入式系統(tǒng)程序員的最基本的問題。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)容將會帶來災難。
假設(shè)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(shù)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(shù)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(tài)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(wù)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(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; }
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(yōu)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(chǎn)生時,在main當中調(diào)用dosomething函數(shù),但是,由于編譯器判斷在main函數(shù)里面沒有修改過i,因此
可能只執(zhí)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(diào)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(yōu)化(肯定執(zhí)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(wù)程序中修改的供其它程序檢測的變量需要加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(jīng)常還要同時考慮數(shù)據(jù)的完整性(相互關(guān)聯(lián)的幾個標志讀了一半被打斷了重寫),在1中可以通過關(guān)中斷來實
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)計了。
//=============
指針類型也是一種變量,所以也是可以用volatile來修飾的.
volatile關(guān)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(tǒng)、硬件或者其它線程等。遇到這個關(guān)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(yōu)化,從而可以提供對特殊地址的穩(wěn)定訪問。
使用該關(guān)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(tǒng)總是重新從它所在的內(nèi)存讀取數(shù)據(jù),即使它前面的指
令剛剛從該處讀取過數(shù)據(jù)。而且讀取的數(shù)據(jù)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(fā)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(shù)據(jù)放在b中。而優(yōu)化做法是,由于編譯器發(fā)現(xiàn)兩次從i讀數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)就容易出錯,所以說volatile可以保證對特殊地址的穩(wěn)定訪問。
注意,在vc6中,一般調(diào)試模式?jīng)]有進行代碼優(yōu)化,所以這個關(guān)鍵字的作用看不出來。下面通過插入?yún)R編
代碼,測試有無volatile關(guān)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:
#include <stdio.h>
void main()
{
int i=10;
int a = i;
printf( "i= %d\n ",a);
//下面匯編語句的作用就是改變內(nèi)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\n ",b);
}
然后,在調(diào)試版本模式運行程序,輸出結(jié)果如下:
i = 10
i = 32
然后,在release版本模式運行程序,輸出結(jié)果如下:
i = 10
i = 10
輸出的結(jié)果明顯表明,release模式下,編譯器對代碼進行了優(yōu)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(guān)鍵字,看看有什么變化:
#include <stdio.h>
void main()
{
volatile int i=10;
int a = i;
printf( "i= %d\n ",a);
__asm {
mov dword ptr [ebp-4], 20h
}
int b = i;
printf( "i= %d\n ",b);
}
分別在調(diào)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(guān)鍵字發(fā)揮了它的作用!
關(guān)鍵字volatile有什么含意?并給出三個不同的例子。 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(shè)這個變量的值了。精確地說就是,優(yōu)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(shè)備的硬件寄存器(如:狀態(tài)寄存器)
2). 一個中斷服務(wù)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(wù)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(qū)分C程序員和嵌入式系統(tǒng)程序員的最基本的問題。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)容將會帶來災難。
假設(shè)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(shù)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(shù)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(tài)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(wù)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(shù),編譯器將產(chǎn)生類似下面的代碼:
復制代碼 代碼如下:
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:
復制代碼 代碼如下:
long square(volatile int *ptr)
{
int a;
a = *ptr;
return a * a; }
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(yōu)化。比如:
復制代碼 代碼如下:
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(chǎn)生時,在main當中調(diào)用dosomething函數(shù),但是,由于編譯器判斷在main函數(shù)里面沒有修改過i,因此
可能只執(zhí)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(diào)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(yōu)化(肯定執(zhí)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(wù)程序中修改的供其它程序檢測的變量需要加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(jīng)常還要同時考慮數(shù)據(jù)的完整性(相互關(guān)聯(lián)的幾個標志讀了一半被打斷了重寫),在1中可以通過關(guān)中斷來實
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)計了。
//=============
指針類型也是一種變量,所以也是可以用volatile來修飾的.
volatile關(guān)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(tǒng)、硬件或者其它線程等。遇到這個關(guān)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(yōu)化,從而可以提供對特殊地址的穩(wěn)定訪問。
使用該關(guān)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(tǒng)總是重新從它所在的內(nèi)存讀取數(shù)據(jù),即使它前面的指
令剛剛從該處讀取過數(shù)據(jù)。而且讀取的數(shù)據(jù)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(fā)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(shù)據(jù)放在b中。而優(yōu)化做法是,由于編譯器發(fā)現(xiàn)兩次從i讀數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)就容易出錯,所以說volatile可以保證對特殊地址的穩(wěn)定訪問。
注意,在vc6中,一般調(diào)試模式?jīng)]有進行代碼優(yōu)化,所以這個關(guān)鍵字的作用看不出來。下面通過插入?yún)R編
代碼,測試有無volatile關(guān)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:
復制代碼 代碼如下:
#include <stdio.h>
void main()
{
int i=10;
int a = i;
printf( "i= %d\n ",a);
//下面匯編語句的作用就是改變內(nèi)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\n ",b);
}
然后,在調(diào)試版本模式運行程序,輸出結(jié)果如下:
復制代碼 代碼如下:
i = 10
i = 32
然后,在release版本模式運行程序,輸出結(jié)果如下:
復制代碼 代碼如下:
i = 10
i = 10
輸出的結(jié)果明顯表明,release模式下,編譯器對代碼進行了優(yōu)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(guān)鍵字,看看有什么變化:
復制代碼 代碼如下:
#include <stdio.h>
void main()
{
volatile int i=10;
int a = i;
printf( "i= %d\n ",a);
__asm {
mov dword ptr [ebp-4], 20h
}
int b = i;
printf( "i= %d\n ",b);
}
分別在調(diào)試版本和release版本運行程序,輸出都是:
復制代碼 代碼如下:
i = 10
i = 32
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