volatile的本質

 

.volatile的本質：

1> 編譯器的優化

在本次線程內, 當讀取一個變量時，爲提升存取速度，編譯器優化時有時會先把變量讀取到一個寄存器中；之後，再取變量值時，就直接從寄存器中取值；當變量值在本線程裏改變時，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，從而形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，從而形成應用程序讀取的值和實際的變量值不一致。

2>volatile應該解釋爲「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。

 

 

volatile 影響編譯器編譯的結果,指出，volatile 變量是隨時可能發生變化的，與volatile變量有關的運算，不要進行編譯優化，以避免出錯，（VC++ 在產生release版可執行碼時會進行編譯優化，加volatile關鍵字的變量有關的運算，將不進行編譯優化。）。
例如：
volatile int i=10;
int j = i;
...
int k = i;
volatile 告訴編譯器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，於是編譯器生成的可執行碼會從新從i的地址讀取數據放在k中。
而 優化作法是，因爲編譯器發現兩次從i讀數據的代碼之間的代碼沒有對i進行過操做，它會自動把上次讀的數據放在k中。而不是從新從i裏面讀。這樣以來，若是 i是一個寄存器變量或者表示一個端口數據就容易出錯，因此說volatile能夠保證對特殊地址的穩定訪問，不會出錯。

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一個定義爲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當心地從新讀取這個變量的值，而不是使用保存在寄存器裏的備份。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) 一箇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僱傭的。我認爲這是區分C程序員和嵌入式系統程序員的最基本的問題。搞嵌入式的傢伙們常常同硬件、中斷、RTOS等等打交道， 全部這些都要求用到volatile變量。不懂得volatile的內容將會帶來災難。假設被面試者正確地回答了這是問題（嗯，懷疑是否會是這樣），我將 稍微深究一下，看一下這傢伙是否是直正懂得volatile徹底的重要性。
1)一個參數既能夠是const還能夠是volatile嗎？解釋爲何。
2); 一個指針能夠是volatile 嗎？解釋爲何。
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。一個例子是隻讀的狀態寄存器。它是volatile由於它可能被意想不到地改變。它是const由於程序不該該試圖去修改它。
2); 是的。儘管這並不很常見。一個例子是當一箇中服務子程序修該一個指向一個buffer的指針時。
3) 這段代碼有點變態。這段代碼的目的是用來返指針*ptr指向值的平方，可是，因爲*ptr指向一個volatile型參數，編譯器將產生相似下面的代碼：
int square(volatile int *ptr)
{
int a,b;
a = *ptr;
b = *ptr;
return a * b;
}
因爲*ptr的值可能被意想不到地該變，所以a和b多是不一樣的。結果，這段代碼可能返不是你所指望的平方值！正確的代碼以下：
long square(volatile int *ptr)
{
int a;
a = *ptr;
return a * a;
}
位操做（Bit manipulation）

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嵌入式編程中常常用到 volatile這個關鍵字，在網上查了下他的用法能夠歸結爲如下兩點：

一：告訴compiler不能作任何優化

   好比要往某一地址送兩指令：
   int *ip =...; //設備地址
   *ip = 1; //第一個指令
   *ip = 2; //第二個指令
   以上程序compiler可能作優化而成：
   int *ip = ...;
   *ip = 2;
   結果第一個指令丟失。若是用volatile, compiler就不容許作任何的優化，從而保證程序的原意：
   volatile int *ip = ...;
   *ip = 1;
   *ip = 2;
   即便你要compiler作優化，它也不會把兩次付值語句間化爲一。它只能作其它的優化。這對device driver程序員頗有用。

二：表示用volatile定義的變量會在程序外被改變,每次都必須從內存中讀取，而不能把他放在cache或寄存器中重複使用。

   如   volatile char a;           a=0;        while(!a){ //do some things;          }          doother();    若是沒有 volatile doother()不會被執行