作者：王姍姍,華清遠(yuǎn)見(jiàn)嵌入式學(xué)院講師。

在學(xué)習(xí)Ｃ關(guān)鍵詞的時(shí)候，我們看到了一個(gè)新面孔——volatile。在程序員面試寶典中提到“關(guān)鍵字volatile的面試?yán)}是考查嵌入式編程”，中間有一段解析：

回答不出這個(gè)問(wèn)題的人是不會(huì)被雇傭的。我認(rèn)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(wèn)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(huì)帶來(lái)災(zāi)難。 假設(shè)被面試者正確地回答了這是問(wèn)題（嗯，懷疑是否會(huì)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(lái)看下寶典中提到的問(wèn)題：

關(guān)鍵字volatile有什么含意?并給出三個(gè)不同的例子。

volatile的本意是“易變的” 由于訪問(wèn)寄存器的速度要快過(guò)RAM,所以編譯器一般都會(huì)作減少存取外部RAM的優(yōu)化，但有可能會(huì)讀臟數(shù)據(jù)。當(dāng)要求使用volatile 聲明的變量的值的時(shí)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(guò)數(shù)據(jù)。而且讀取的數(shù)據(jù)立刻被保存。

精確地說(shuō)就是，優(yōu)化器在用到這個(gè)變量時(shí)必須每次都小心地重新從內(nèi)存里讀取這個(gè)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(gè)例子：

1) 并行設(shè)備的硬件寄存器（如：狀態(tài)寄存器）

2) 一個(gè)中斷服務(wù)子程序中會(huì)訪問(wèn)到的非自動(dòng)變量(Non-automatic variables)

3) 多線程應(yīng)用中被幾個(gè)任務(wù)共享的變量

在這里要說(shuō)下，其實(shí)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(shuō)只要是硬件寄存器都需要這么做，當(dāng)我們不能確保寄存器里的值一定不會(huì)變的情況下就需要使用volatile。看下面的例子，2410addr.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(gè)宏定義出來(lái)：

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

這個(gè)就是串行的接收ｂｕｆｆｅｒ，其地址為0x50000024，如果我們沒(méi)有將這個(gè)地址強(qiáng)行轉(zhuǎn)換成volatile，那么我們?cè)谑褂胷URXH0時(shí)，可能直接從cpu的寄存器中取值。因?yàn)橹皉URXH0被訪問(wèn)過(guò)，也就是說(shuō)之前就從內(nèi)存中取出rURXH0的值保存到 某個(gè)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?yàn)榫幾g器優(yōu)化代碼的結(jié)果（訪問(wèn)cpu寄存器比訪問(wèn)ram快的多）。用volatile關(guān)鍵字對(duì)0x50000024進(jìn)行強(qiáng)制轉(zhuǎn)換，使得每一次被訪問(wèn)rURXH0時(shí)，執(zhí)行部件都會(huì)從0x50000024這個(gè)內(nèi)存單元中取出值來(lái)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(shí)都有可能改變，因此編譯后的程序每次需要存儲(chǔ)或讀取這個(gè)變量的時(shí)候，都會(huì)直接從變量地址中讀取數(shù)據(jù)。如 果沒(méi)有volatile關(guān)鍵字，則編譯器可能優(yōu)化讀取和存儲(chǔ)，可能暫時(shí)使用寄存器中的值，如果這個(gè)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(gè)關(guān)鍵字聲明的變量，編譯器對(duì)訪問(wèn)該變量的代碼就不再進(jìn)行優(yōu)化，從而可以提供對(duì)特殊地址的穩(wěn)定訪問(wèn)。

一般說(shuō)來(lái)，volatile用在如下的幾個(gè)地方：

1、中斷服務(wù)程序中修改的供其它程序檢測(cè)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(biāo)志應(yīng)該加volatile；

3、存儲(chǔ)器映射的硬件寄存器通常也要加volatile說(shuō)明，因?yàn)槊看螌?duì)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(shí)考慮數(shù)據(jù)的完整性（相互關(guān)聯(lián)的幾個(gè)標(biāo)志讀了一半被打斷了重寫），在1中可以通過(guò)關(guān)中斷來(lái)實(shí)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(jì)了。

下面舉例說(shuō)明。在DSP開(kāi)發(fā)中，經(jīng)常需要等待某個(gè)事件的觸發(fā)，所以經(jīng)常會(huì)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(diǎn)疑問(wèn),)之后才運(yùn)行do2()。

變量flag的值由別的程序更改，這個(gè)程序可能是某個(gè)硬件中斷服務(wù)程序。例如：如果某個(gè)按鈕按下的話，就會(huì)對(duì)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(yùn)行。

但是，編譯器并不知道flag的值會(huì)被別的程序修改，因此在它進(jìn)行優(yōu)化的時(shí)候，可能會(huì)把flag的值先讀入某個(gè)寄存器，然后等待那個(gè)寄存器變?yōu)?。如果不幸進(jìn)行了這樣的優(yōu)化，那么while循環(huán)就變成了死循環(huán)，因?yàn)榧拇嫫鞯膬?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(méi)有volatile也可能能正常運(yùn)行，但是可能修改了編譯器的優(yōu)化級(jí)別之后就又不能正常運(yùn)行了。因此經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)debug版本正常，但是release版本卻不能正常的問(wèn)題。所以為了安全起見(jiàn)，只要是等待別的程序修改某個(gè)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(shuō)明了volatile在多線程中的應(yīng)用。

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