何為C語言關(guān)鍵字volatile

作者：王姍姍,華清遠見嵌入式學院講師。

在學習Ｃ關(guān)鍵詞的時候，我們看到了一個新面孔——volatile。在程序員面試寶典中提到“關(guān)鍵字volatile的面試例題是考查嵌入式編程”，中間有一段解析：

回答不出這個問題的人是不會被雇傭的。我認為這是區(qū)分C程序員和嵌入式系統(tǒng)程序員的最基本的問題。搞嵌入式的家伙們經(jīng)常同硬件、中斷、RTOS等等打交道，所有這些都要求用到volatile變量。不懂得volatile的內(nèi)容將會帶來災難。 假設(shè)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，看一下這家伙是不是直正懂得volatile完全的重要性。

下面我們來看下寶典中提到的問題：

關(guān)鍵字volatile有什么含意?并給出三個不同的例子。

volatile的本意是“易變的” 由于訪問寄存器的速度要快過RAM,所以編譯器一般都會作減少存取外部RAM的優(yōu)化，但有可能會讀臟數(shù)據(jù)。當要求使用volatile 聲明的變量的值的時候，系統(tǒng)總是重新從它所在的內(nèi)存讀取數(shù)據(jù)，即使它前面的指令剛剛從該處讀取過數(shù)據(jù)。而且讀取的數(shù)據(jù)立刻被保存。

精確地說就是，優(yōu)化器在用到這個變量時必須每次都小心地重新從內(nèi)存里讀取這個變量的值，而不是使用保存在寄存器里的備份。 下面是volatile變量的幾個例子：

1) 并行設(shè)備的硬件寄存器（如：狀態(tài)寄存器）

2) 一個中斷服務(wù)子程序中會訪問到的非自動變量(Non-automatic variables)

3) 多線程應(yīng)用中被幾個任務(wù)共享的變量

在這里要說下，其實不僅僅是并行設(shè)備的硬件寄存器，串行設(shè)備的硬件寄存器也行，也就是說只要是硬件寄存器都需要這么做，當我們不能確保寄存器里的值一定不會變的情況下就需要使用volatile?？聪旅娴睦樱?410addr.h是所有寄存器中的頭文件，其中就有很多volatile的應(yīng)用，下面列出一個宏定義出來：

#define rURXH0 (*(volatile unsigned char *)0x50000024) //UART 0 Receive buffer

這個就是串行的接收ｂｕｆｆｅｒ，其地址為0x50000024，如果我們沒有將這個地址強行轉(zhuǎn)換成volatile，那么我們在使用rURXH0時，可能直接從cpu的寄存器中取值。因為之前rURXH0被訪問過，也就是說之前就從內(nèi)存中取出rURXH0的值保存到 某個寄存器中。之所以直接從寄存器中取值，而不去內(nèi)存中取值，是因為編譯器優(yōu)化代碼的結(jié)果（訪問cpu寄存器比訪問ram快的多）。用volatile關(guān)鍵字對0x50000024進行強制轉(zhuǎn)換，使得每一次被訪問rURXH0時，執(zhí)行部件都會從0x50000024這個內(nèi)存單元中取出值來賦值給rURXH0。

volatile關(guān)鍵字是一種類型修飾符，用它聲明的類型變量表示可以被某些編譯器未知的因素更改。volatile提醒編譯器它后面所定義的變量隨時都有可能改變，因此編譯后的程序每次需要存儲或讀取這個變量的時候，都會直接從變量地址中讀取數(shù)據(jù)。如 果沒有volatile關(guān)鍵字，則編譯器可能優(yōu)化讀取和存儲，可能暫時使用寄存器中的值，如果這個變量由別的程序更新了的話，將出現(xiàn)不一致的現(xiàn)象。所以遇到這個關(guān)鍵字聲明的變量，編譯器對訪問該變量的代碼就不再進行優(yōu)化，從而可以提供對特殊地址的穩(wěn)定訪問。

一般說來，volatile用在如下的幾個地方：

1、中斷服務(wù)程序中修改的供其它程序檢測的變量需要加volatile；

2、多任務(wù)環(huán)境下各任務(wù)間共享的標志應(yīng)該加volatile；

3、存儲器映射的硬件寄存器通常也要加volatile說明，因為每次對它的讀寫都可能由不同意義；

另外，以上這幾種情況經(jīng)常還要同時考慮數(shù)據(jù)的完整性（相互關(guān)聯(lián)的幾個標志讀了一半被打斷了重寫），在1中可以通過關(guān)中斷來實現(xiàn)，2中可以禁止任務(wù)調(diào)度，3中則只能依靠硬件的良好設(shè)計了。

下面舉例說明。在DSP開發(fā)中，經(jīng)常需要等待某個事件的觸發(fā)，所以經(jīng)常會寫出這樣的程序：

short flag;

void test()

{

do1();

while(flag==0);

do2();

}

這段程序等待內(nèi)存變量flag的值變?yōu)?(懷疑此處是0,有點疑問,)之后才運行do2()。

變量flag的值由別的程序更改，這個程序可能是某個硬件中斷服務(wù)程序。例如：如果某個按鈕按下的話，就會對DSP產(chǎn)生中斷，在按鍵中斷程序中修改flag為1，這樣上面的程序就能夠得以繼續(xù)運行。

但是，編譯器并不知道flag的值會被別的程序修改，因此在它進行優(yōu)化的時候，可能會把flag的值先讀入某個寄存器，然后等待那個寄存器變?yōu)?。如果不幸進行了這樣的優(yōu)化，那么while循環(huán)就變成了死循環(huán)，因為寄存器的內(nèi)容不可能被中斷服務(wù)程序修改。

為了讓程序每次都讀取真正flag變量的值，就需要定義為如下形式：

volatile short flag;

需要注意的是，沒有volatile也可能能正常運行，但是可能修改了編譯器的優(yōu)化級別之后就又不能正常運行了。因此經(jīng)常會出現(xiàn)debug版本正常，但是release版本卻不能正常的問題。所以為了安全起見，只要是等待別的程序修改某個變量的話，就加上volatile關(guān)鍵字。在曹老師的《volatile在多線程中的應(yīng)用》一文中也舉例說明了volatile在多線程中的應(yīng)用。

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