linux-volatile

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。嵌入式系統程序員常常同硬件、中斷、RTOS等等打交道，所用這些都要求volatile變量。不懂得volatile內容將會帶來災難。 
    假設被面試者正確地回答了這是問題
    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 只讀的狀態寄存器。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). 這段代碼的有個惡做劇。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; 
     }

講講個人理解： （歡迎打板子...~~！）  關鍵在於兩個地方：          1. 編譯器的優化  (請高手幫我看看下面的理解)  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   舉一個不太準確的例子：   發薪資時，會計每次都把員工叫來登記他們的銀行卡號；一次會計爲了省事，沒有即時登記，用了之前登記的銀行卡號；恰好一個員工的銀行卡丟了，已掛失該銀行卡號；從而形成該員工領不到工資   員工 －－ 原始變量地址   銀行卡號 －－ 原始變量在寄存器的備份   2. 在什麼狀況下會出現(如1樓所說)      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         補充： 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；   「易變」是由於外在因素引發的，象多線程，中斷等，並非由於用volatile修飾了的變量就是「易變」了，假如沒有外因，即便用volatile定義，它也不會變化；  而用volatile定義以後，其實這個變量就不會因外於是變化了，能夠放心使用了； 你們看看前面那種解釋（易變的）是否是在誤導人  －－－－－－－－－－－－簡明示例以下：－－－－－－－－－－－－－－－－－－  volatile關鍵字是一種類型修飾符，用它聲明的類型變量表示能夠被某些編譯器未知的因素更改，好比：操做系統、硬件或者其它線程等。遇到這個關鍵字聲明的變量，編譯器對訪問該變量的代碼就再也不進行優化，從而能夠提供對特殊地址的穩定訪問。  使用該關鍵字的例子以下：  int volatile nVint;  >>>>當要求使用volatile 聲明的變量的值的時候，系統老是從新從它所在的內存讀取數據，即便它前面的指令剛剛從該處讀取過數據。並且讀取的數據馬上被保存。  例如：  volatile int i=10;  int a = i;  ...  //其餘代碼，並未明確告訴編譯器，對i進行過操做  int b = i;  >>>>volatile 指出 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，於是編譯器生成的彙編代碼會從新從i的地址讀取數據放在b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b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。  >>>>注意，在vc6中，通常調試模式沒有進行代碼優化，因此這個關鍵字的做用看不出來。下面經過插入彙編代碼，測試有無volatile關鍵字，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：  >>  ＃i nclude <stdio.h>  void main()  {  int i=10;  int a = i;  printf("i= %d",a);  //下面彙編語句的做用就是改變內存中i的值，可是又不讓編譯器知道  __asm {  mov dword ptr [ebp-4], 20h  }  int b = i;  printf("i= %d",b);  }        而後，在調試版本模式運行程序，輸出結果以下：  i = 10  i = 32  而後，在release版本模式運行程序，輸出結果以下：  i = 10  i = 10  輸出的結果明顯代表，release模式下，編譯器對代碼進行了優化，第二次沒有輸出正確的i值。下面，咱們把 i的聲明加上volatile關鍵字，看看有什麼變化：  ＃i nclude <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);  }        分別在調試版本和release版本運行程序，輸出都是：  i = 10  i = 32  這說明這個關鍵字發揮了它的做用！  －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－  volatile對應的變量可能在你的程序自己不知道的狀況下發生改變  好比多線程的程序，共同訪問的內存當中，多個程序均可以操縱這個變量  你本身的程序，是沒法斷定合適這個變量會發生變化  還好比，他和一個外部設備的某個狀態對應，當外部設備發生操做的時候，經過驅動程序和中斷事件，系統改變了這個變量的數值，而你的程序並不知道。  對於volatile類型的變量，系統每次用到他的時候都是直接從對應的內存當中提取，而不會利用cache當中的原有數值，以適應它的未知什麼時候會發生的變化，系統對這種變量的處理不會作優化——顯然也是由於它的數值隨時均可能變化的狀況。  --------------------------------------------------------------------------------  典型的例子  for ( int i=0; i<100000; i++);  這個語句用來測試空循環的速度的  可是編譯器確定要把它優化掉，根本就不執行  若是你寫成   for ( volatile int i=0; i<100000; i++);  它就會執行了  volatile的本意是「易變的」   因爲訪問寄存器的速度要快過RAM，因此編譯器通常都會做減小存取外部RAM的優化。好比：  static int i=0;  int main(void)  {  ...  while (1)  {  if (i) dosomething();  }  }  /* Interrupt service routine. */  void ISR_2(void)  {  i=1;  }  程序的本意是但願ISR_2中斷產生時，在main當中調用dosomething函數，可是，因爲編譯器判斷在main函數裏面沒有修改過i，所以 可能只執行一次對從i到某寄存器的讀操做，而後每次if判斷都只使用這個寄存器裏面的「i副本」，致使dosomething永遠也不會被  調用。若是將將變量加上volatile修飾，則編譯器保證對此變量的讀寫操做都不會被優化（確定執行）。此例中i也應該如此說明。  通常說來，volatile用在以下的幾個地方：  一、中斷服務程序中修改的供其它程序檢測的變量須要加volatile；  二、多任務環境下各任務間共享的標誌應該加volatile；  三、存儲器映射的硬件寄存器一般也要加volatile說明，由於每次對它的讀寫均可能由不一樣意義；  另外，以上這幾種狀況常常還要同時考慮數據的完整性（相互關聯的幾個標誌讀了一半被打斷了重寫），在1中能夠經過關中斷來實  現，2中能夠禁止任務調度，3中則只能依靠硬件的良好設計了。