C语言 volatile关键字的使用

volatile是一个类型修饰符(type specifier),就像我们熟悉的const一样,它是被设计用来修饰被不同线程访问和修改的变量;volatile的作用是作为指令关键字,确保本条指令不会因编译器的优化而省略,且要求每次直接读值。

volatile的变量是说这变量可能会被意想不到地改变,这样,编译器就不会去假设这个变量的值了。

作用

简单地说就是防止编译器对代码进行优化。比如如下程序:

a=1;
a=2;
a=3

对外部硬件而言,上述三条语句分别表示不同的操作,会产生四种不同的动作,但是编译器却会对上述四条语句进行优化,认为只有a=3(即忽略前两条语句,只产生一条机器代码)。如果键入volatile,则编译器会逐一地进行编译并产生相应的机器代码(产生三条代码)。

例子

精确地说就是,优化器在用到这个变量时必须每次都从内存中重新读取这个变量的值,而不是使用保存在寄存器里的备份。下面是volatile变量的几个例子:

1)并行设备的硬件寄存器(如:状态寄存器)
2)一个中断服务子程序中会访问到的非自动变量(Non-automatic variables)
3)多线程应用中被几个任务共享的变量

常见的面试问题:

1)一个参数既可以是const还可以是volatile吗?解释为什么。
2)一个指针可以是volatile 吗?解释为什么。
3)下面的函数被用来计算某个整数的平方,它能实现预期设计目标吗?如果不能,试回答存在什么问题:

int square(volatile int *ptr)
{
    
    
    return ((*ptr) * (*ptr));
}

1)是的。如只读的状态寄存器。它是volatile因为它可能被意想不到地改变。它是const因为程序不应该试图去修改它。
2)是的。如一个中断服务子程序修改一个指向一个buffer的指针时。
3)这段代码是个恶作剧。这段代码的目的是用来返指针ptr指向值的平方,但是,由于ptr指向一个volatile型参数,编译器将产生类似下面的代码:

int square(volatile int* ptr)
{
    
    
    int a,b;
    a = *ptr;
    b = *ptr;
    return a*b;
}

由于*ptr的值可能在两次取值语句之间发生改变,因此a和b可能是不同的。结果,这段代码可能返回的不是你所期望的平方值!正确的代码如下:

long square(volatile int*ptr)
{
    
    
    int a;
    a = *ptr;
    return a*a;
}

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