volatile淺談

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小心地重新讀取這個變量的值,而不是使用保存在寄存器裏的備份。volatile變量的幾種情況:
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
這是區分C程序員和嵌入式系統程序員的最基本的問題。嵌入式系統程序員經常同硬件、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。

以下幾個問題:
1). 一個參數既可以是const還可以是volatile嗎?解釋爲什麼。
2). 一個指針可以是volatile 嗎?解釋爲什麼。
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因爲它可能被意想不到地改變。它是const因爲程序不應該試圖去修改它。 例如 因爲外設狀態改變,而狀態寄存器改變。

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;
}

講講我的理解:

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,爲提高存取速度,編譯器優化時有時會先把變量讀取到一個寄存器中;以後,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,從而造成應用程序讀取的值和實際的變量值不一致。

2.在什麼情況下會出現上面所說的情況呢:
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;

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。

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