C语言中的static const volatile

说明

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1.static关键字

• static关键字有两层含义：
  • 1. 修饰的变量的在程序运行时内存常驻
    当static修饰变量时，该变量被编译器分配在内存的全局区，程序运行时，该变量的生命周期伴随整个程序。在裸机开发中，可以认为静态变量的物理地址是静态的，即编译器编译之后，该变量的内存地址就确定了。(带操作系统时静态变量的地址是如何得我并不清楚)
  • 2. 修饰的对象被限制在某个范围内使用
    static用于限定对象的作用范围时，修饰对象可以是变量和函数。
    修饰函数->该函数被限定在该文件内调用，不可以在其他文件中使用extern关键字声明静态函数。
    修饰变量->修饰变量分为两种，修饰全局变量和修饰局部变量。
    1. 修饰全局变量： 全局变量本身就具有上方 ‘1…内存常驻’ 所述的属性，因此当static关键字修饰全局变量时，为其增加了一个限定范围属性，即该变量只能在该文件内调用，不可以在其他文件extern。
    2. 修饰局部变量： 局部变量使用范围被限定在子函数中，本身不具有内存常驻属性。其随着子函数的调用由CPU分配内存(得到内存)，随着子函数的退出被收回内存(失去内存)，得到与失去都是在栈中进行的。而static关键字的作用在于告诉编译器这个变量不要放在栈中，要给我单独在全局区分配内存给它。所以static为局部变量增加了一个常驻内存属性。

使用对象	全局变量	局部变量	函数
结果	缩减了作用域（本文件）	延长了生命周期(常驻内存)	缩减了作用域（本文件）

2.const关键字

• 1.const用于全局变量
  • 限定全局变量为只读变量(常变量)，被编译器放在代码段(只读区域)，const修饰它本身之后的变量，如：

    const int a = 10;
    int const a = 10;
    

    均为定义了一个int型的常变量，并赋值10.
    但这一点在与指针交织时有点乱，如：

    const int* p = address;		//1
    int const *p = address;		//2
    int* const p = address;		//3
    

    其中1与2是等价的，可见const之后的变量为*p，因为 *p为取值，也就是说const修饰指针p指向的地址的值，这样p也被称为常量指针，即指向常量的指针，指针指向的地址内容不可变。
    3则不同，const之后仅仅修饰p这个指针本身，所以p被称为指针常量。指针本身的指向地址不可变。
• 2.const修饰局部变量，函数形参
  • 限定在该子函数内，不能对const修饰的变量进行赋值，自加，自减等操作，如：

    void foo(const int a, const int* p1, int* const p2){
    	const int b = 10;
    	b = 100;			//错误，对const修饰的变量进行赋值
    	a++;				//错误，对const修饰的变量进行自加
    	a = 1;				//错误，对const修饰的变量进行赋值
    	*p1 = 10;			//错误，对常量指针进行赋值
    	p1 = &b;			//正确
    	*p2 = 10;			//正确
    	p2 = &b;			//错误，对指针常量进行赋值
    }
    

• 3.const修饰函数返回值
  • 直接看代码

    const int foo()
    {
       return 1;
    }
    
    void main(void)
    {   
      int a = foo(); 				//错误
      const int a = foo();			//正确
    } 
    

3.volatile关键字

• 防止编译器对一些变量进行优化
  CPU在对操作数进行操作符运算时，操作数的来源有三种：立即数，寄存器操作数，内存操作数.链接: link.

  • 立即操作数： 指令要操作的数据以常量的形式出现在指令中，称为立即数，它只能作为源操作数 。
  • 寄存器操作数： 指令要操作的数据存放在CPU中的寄存器里，指令中给出寄存器名即可。
  • 内存操作数： 指令要操作的数据存放在内存某些单元中，指令中给出内存单元物理地址（实际上指令只给出了偏移地址，段地址采用隐含方式给出，也可以使用跨段方式指出当前段地址）。

  由于寄存器操作数的访问速度更快，编译器会尝试对其中的内存操作数进行优化，将其直接放在CPU的某个寄存器中，比如访问频率很高的循环变量’i’，比如如下代码：

  int i = 0;
  int main(void)
  {
  	while(i < 100)
  	{
  		printf("%d\r\n", i++);
  	}
  	return 0;
  }
  

  由于编译器在检索完程序后，会尝试将i优化为寄存器变量，变为寄存器操作数，仅在首次使用时从内存读取到CPU寄存器。如果发生了，此后while每循环一次，CPU寄存器中的i会加1，而此时内存中的i并不会被CPU重复读取。由于CPU读取自身寄存器的速度快于读取内存的速度，因此这会提高程序的运行效率，同时这个有可能引来灾难，如果外界在CPU不知情的情况下修改了内存中的i值，CPU仍自顾自的以寄存器中的i值进行运算，将会导致无法预料的后果。

  可能的情况有：

  1. 全局i的值可能被其他的中断程序控制。
  2. 全局变量作为临界资源，被其他线程控制。

因此，在上述可能性存在时，应该给变量加上volatile修饰符，告知编译器，每次要读这个变量的值时，都必须去该变量所在的内存中去读取，而不是使用CPU寄存器中的备份。