C/C++ volatile

1.volatile

C/C++ 中的 volatile 关键字和 const 对应,用来修饰变量。volatile 关键字是一种类型修饰符,用它声明的类型变量表示可以被某些编译器未知的因素更改,比如:操作系统、硬件或者其它线程等。遇到这个关键字声明的变量,编译器对访问该变量的代码就不再进行优化,从而可以提供对特殊地址的稳定访问。声明时语法:int volatile vInt; 当要求使用 volatile 声明的变量的值的时候,系统总是重新从它所在的内存读取数据,即使它前面的指令刚刚从该处读取过数据。而且读取的数据立刻被保存。例如:

volatile int i=10;
int a = i;

// 其他代码,并未明确告诉编译器,对 i 进行过操作
int b = i;
volatile 指出 i 是随时可能发生变化的,每次使用它的时候必须从 i的地址中读取,因而编译器生成的汇编代码会重新从i的地址读取数据放在 b 中。而优化做法是,由于编译器发现两次从 i读数据的代码之间的代码没有对 i 进行过操作,它会自动把上次读的数据放在 b 中。而不是重新从 i 里面读。这样以来,如果 i是一个寄存器变量或者表示一个端口数据就容易出错,所以说 volatile 可以保证对特殊地址的稳定访问。注意,在 VC 6 中,一般调试模式没有进行代码优化,所以这个关键字的作用看不出来。下面通过插入汇编代码,测试有无 volatile 关键字,对程序最终代码的影响,输入下面的代码:

实例
#include <stdio.h>

void main()
{
int i = 10;
int a = i;

printf("i = %d", a);

// 下面汇编语句的作用就是改变内存中 i 的值
// 但是又不让编译器知道
__asm {
    mov dword ptr [ebp-4], 20h
}

int b = i;
printf("i = %d", b);

}
然后,在 Debug 版本模式运行程序,输出结果如下:

i = 10
i = 32
然后,在 Release 版本模式运行程序,输出结果如下:

i = 10
i = 10
输出的结果明显表明,Release 模式下,编译器对代码进行了优化,第二次没有输出正确的 i 值。下面,我们把 i 的声明加上 volatile 关键字,看看有什么变化:

实例
#include <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);

}
分别在 Debug 和 Release 版本运行程序,输出都是:

i = 10
i = 32
这说明这个 volatile 关键字发挥了它的作用。其实不只是内嵌汇编操纵栈"这种方式属于编译无法识别的变量改变,另外更多的可能是多线程并发访问共享变量时,一个线程改变了变量的值,怎样让改变后的值对其它线程 visible。一般说来,volatile用在如下的几个地方:

  1. 中断服务程序中修改的供其它程序检测的变量需要加 volatile;
  2. 多任务环境下各任务间共享的标志应该加 volatile;
  3. 存储器映射的硬件寄存器通常也要加 volatile 说明,因为每次对它的读写都可能由不同意义;

volatile 指针
和 const 修饰词类似,const 有常量指针和指针常量的说法,volatile 也有相应的概念:

修饰由指针指向的对象、数据是 const 或 volatile 的:

const char* cpch;
volatile char* vpch;
注意:对于 VC,这个特性实现在 VC 8 之后才是安全的。

指针自身的值——一个代表地址的整数变量,是 const 或 volatile 的:

char* const pchc;
char* volatile pchv;
注意:

(1) 可以把一个非volatile int赋给volatile int,但是不能把非volatile对象赋给一个volatile对象。
(2) 除了基本类型外,对用户定义类型也可以用volatile类型进行修饰。
(3) C++中一个有volatile标识符的类只能访问它接口的子集,一个由类的实现者控制的子集。用户只能用const_cast来获得对类型接口的完全访问。此外,volatile向const一样会从类传递到它的成员。

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