單片機中volatile定義的作用詳解

一個定義為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(yōu)化器在用到這個變量時必須每次都小心地重新讀取這個變量的值，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). 并行設備的硬件寄存器（如：狀態(tài)寄存器） 
    2). 一個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。嵌入式系統(tǒng)程序員經(jīng)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(nèi)容將會帶來災難。 
    假設被面試者正確地回答了這是問題（嗯，懷疑這否會是這樣），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。 
    1). 一個參數(shù)既可以是const還可以是volatile嗎？解釋為什么。 
    2). 一個指針可以是volatile 嗎？解釋為什么。 
    3). 下面的函數(shù)有什么錯誤： 
         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(tài)寄存器。它是volatile因為它可能被意想不到地改變。它是const因為程序不應該試圖去修改它。 
    2). 是的。盡管這并不很常見。一個例子是當一個中服務子程序修該一個指向一個buffer的指針時。 
    3). 這段代碼的有個惡作劇。這段代碼的目的是用來返指針*ptr指向值的平方，但是，由于*ptr指向一個volatile型參數(shù)，編譯器將產(chǎn)生類似下面的代碼： 
    int square(volatile int *ptr)  
    { 
         int a,b; 
         a = *ptr; 
         b = *ptr; 
         return a * b; 
     } 
    由于*ptr的值可能被意想不到地該變，因此a和b可能是不同的。結(jié)果，這段代碼可能返不是你所期望的平方值！正確的代碼如下： 
     long square(volatile int *ptr)  
     { 
            int a; 
            a = *ptr; 
            return a * a; 
     } 
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。比如： 

static int i=0; 

int main(void) 
{ 
... 
while (1) 
{ 
if (i) dosomething(); 
} 
} 

/* Interrupt service routine. */ 
void ISR_2(void) 
{ 
i=1; 
} 

程序的本意是希望ISR_2中斷產(chǎn)生時，在main當中調(diào)用dosomething函數(shù)，但是，由于編譯器判斷在main函數(shù)里面沒有修改過i，因此 可能只執(zhí)行一次對從i到某寄存器的讀操作，然后每次if判斷都只使用這個寄存器里面的“i副本”，導致dosomething永遠也不會被調(diào)用。如果將將變量加上volatile修飾，則編譯器保證對此變量的讀寫操作都不會被優(yōu)化（肯定執(zhí)行）。此例中i也應該如此說明。 
一般說來，volatile用在如下的幾個地方： 
1、中斷服務程序中修改的供其它程序檢測的變量需要加volatile； 
2、多任務環(huán)境下各任務間共享的標志應該加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中可以通過關中斷來實 
現(xiàn)，2中可以禁止任務調(diào)度，3中則只能依靠硬件的良好設計了。 
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。比如： 

static int i=0; 

int main(void) 
{ 
... 
while (1) 
{ 
if (i) dosomething(); 
} 
} 

/* Interrupt service routine. */ 
void ISR_2(void) 
{ 
i=1; 
} 

程序的本意是希望ISR_2中斷產(chǎn)生時，在main當中調(diào)用dosomething函數(shù)，但是，由于編譯器判斷在main函數(shù)里面沒有修改過i，因此 
可能只執(zhí)行一次對從i到某寄存器的讀操作，然后每次if判斷都只使用這個寄存器里面的“i副本”，導致dosomething永遠也不會被 
調(diào)用。如果將將變量加上volatile修飾，則編譯器保證對此變量的讀寫操作都不會被優(yōu)化（肯定執(zhí)行）。此例中i也應該如此說明。 

一般說來，volatile用在如下的幾個地方： 

1、中斷服務程序中修改的供其它程序檢測的變量需要加volatile； 

2、多任務環(huán)境下各任務間共享的標志應該加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中可以通過關中斷來實 
現(xiàn)，2中可以禁止任務調(diào)度，3中則只能依靠硬件的良好設計了。 
關鍵在于兩個地方：      
  
1. 編譯器的優(yōu)化  (請高手幫我看看下面的理解) 

在本次線程內(nèi), 當讀取一個變量時，為提高存取速度，編譯器優(yōu)化時有時會先把變量讀取到一個寄存器中；以后，再取變量值時，就直接從寄存器中取值； 

當變量值在本線程里改變時，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，從而造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，從而造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：