講講C++中的volatile關鍵字

引子1

猜猜看，下面這段代碼有什麼問題：

void Delay(UINT32 n)

{

    while(—n);

} 

答案：

本來代碼完全正常，但是爲了優化性能，打開了編譯器的優化。但是發現這個函數被編譯器優化掉了。爲了防止被優化掉，需要給函數的參數加上volatile：

void Delay(volatile UINT32 n)

{

    while(—n);

} 

引子2

再猜猜看，這段代碼有什麼問題：

int square(volatile int *ptr) 

{ 

    return *ptr * *ptr; 

}

答案：

由於*ptr指向一個volatile型參數，編譯器將產生類似下面的代碼：

int square(volatile int *ptr)  

{ 

    int a,b; 

    a = *ptr; 

    b = *ptr; 

    return a * b; 

}

由於*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：

int square(volatile int *ptr)  

{ 

    int a; 

    a = *ptr; 

    return a * a; 

}

正文

volatile關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，比如：操作系統、硬件或者其它線程等。由於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的優化。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不再進行優化，從而可以提供對特殊地址的穩定訪問。

volatile的本意是“易變的”，不過翻譯成“直接存取原始內存地址”更爲合適。“易變”是因爲外在因素引起的，象多線程，中斷等，並不是因爲用volatile修飾了的變量就是“易變”了，假如沒有外因，即使用volatile定義，它也不會變化。

使用該關鍵字的例子如下：

int volatile nVint;//當要求使用volatile 聲明的變量的值的時候，系統總是重新從它所在的內存讀取數據，
即使它前面的指令剛剛從該處讀取過數據。而且讀取的數據立刻被保存。

對於這樣的代碼:

volatile int i = 10; 

int a = i;

... //其他代碼，並未明確告訴編譯器，對i進行過操作

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，因而編譯器生成的彙編代碼會重新從i的地址讀取數據放在b中。而優化做法是，由於編譯器發現兩次從i讀數據的代碼之間的代碼沒有對i進行過操作，它會自動把上次讀的數據放在b中。而不是重新從i裏面讀。這樣以來，如果i是一個寄存器變量或者表示一個端口數據就容易出錯，所以說volatile可以保證對特殊地址的穩定訪問。

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. 多任務環境下各任務間共享的標誌應該加volatile；
3. 存儲器映射的硬件寄存器通常也要加volatile說明，因爲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中可以通過關中斷來實現，2中可以禁止任務調度，3中則只能依靠硬件的良好設計了。