volatile使用详解

就像大家更熟悉的const一样，volatile是一个类型修饰符（type specifier）。它是被设计用来修饰被不同线程访问和修改的变量。如果没有volatile，基本上会导致这样的结果：要么无法编写多线程程序，要么编译器失去大量优化的机会。

volatile的作用： 作为指令 关键字，确保本条指令不会因 编译器的优化而省略，且要求每次直接读值.

简单地说就是防止 编译器对代码进行优化.比如如下程序：

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XBYTE[2]=0x55; XBYTE[2]=0x56; XBYTE[2]=0x57; XBYTE[2]=0x58;

对外部硬件而言，上述四条语句分别表示不同的操作，会产生四种不同的动作，但是编译器却会对上述四条语句进行优化，认为只有XBYTE[2]=0x58（即忽略前三条语句，只产生一条机器代码）。如果键入 volatile，则编译器会逐一的进行编译并产生相应的机器代码（产生四条代码）.

一个定义为volatile的 变量是说这变量可能会被意想不到地改变，这样， 编译器就不会去假设这个变量的值了。精确地说就是，优化器在用到这个变量时必须每次都小心地重新读取这个变量的值，而不是使用保存在 寄存器里的备份。下面是volatile变量的几个例子：

1）. 并行设备的硬件寄存器（如：状态寄存器）

2）. 一个中断服务子程序中会访问到的非自动变量（Non-automatic variables)

3）. 多线程应用中被几个任务共享的变量

这是区分C程序员和 嵌入式系统程序员的最基本的问题： 嵌入式系统程序员经常同硬件、中断、RTOS等等打交道，所有这些都要求使用volatile变量。不懂得volatile内容将会带来灾难。

假设被面试者正确地回答了这是问题（嗯，怀疑是否会是这样），我将稍微深究一下，看一下这家伙是不是真正懂得volatile完全的重要性。

1）. 一个参数既可以是const还可以是volatile吗？解释为什么。

2）. 一个指针可以是volatile 吗？解释为什么。

3）. 下面的函数被用来计算某个整数的平方，它能实现预期设计目标吗？如果不能，试回答存在什么问题：

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int square(volatile int *ptr) { return *ptr**ptr; }

下面是答案：

1）. 是的。一个例子是只读的 状态寄存器。它是volatile因为它可能被意想不到地改变。它是const因为程序不应该试图去修改它。

2）. 是的。尽管这并不很常见。一个例子是当一个中断服务子程序修改一个指向一个buffer的 指针时。

3）. 这段代码是个恶作剧。这段代码的目的是用来返 指针*ptr指向值的平方，但是，由于*ptr指向一个volatile型参数， 编译器将产生类似下面的代码：

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int square(volatile int *ptr) { int a,b; a=*ptr; b=*ptr; return a*b; }

由于*ptr的值可能在两次取值语句之间发生改变，因此a和b可能是不同的。结果，这段代码可能返回的不是你所期望的平方值！正确的代码如下：

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long square(volatile int *ptr) { int a; a=*ptr; return a*a; }

volatile 关键字是一种类型 修饰符，用它声明的类型 变量表示可以被某些 编译器未知的因素更改，比如： 操作系统、硬件或者其它线程等。遇到这个 关键字声明的 变量， 编译器对访问该变量的代码就不再进行优化，从而可以提供对特殊地址的稳定访问。

使用该 关键字的例子如下：

1	volatile int vint;

当要求使用volatile 声明的变量的值的时候，系统总是重新从它所在的内存读取数据，即使它前面的指令刚刚从该处读取过数据。而且读取的数据立刻被保存。

例如：

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volatile int i=10; int a=i; //...

//其他代码，并未明确告诉 编译器，对i进行过操作

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int b=i;

volatile 指出 i是随时可能发生变化的，每次使用它的时候必须从i的地址中读取，因而 编译器生成的汇编代码会重新从i的地址读取数据放在b中。而优化做法是，由于 编译器发现两次从i读数据的代码之间的代码没有对i进行过操作，它会自动把上次读的数据放在b中。而不是重新从i里面读。这样一来，如果i是一个 寄存器变量或者表示一个端口数据就容易出错，所以说volatile可以保证对特殊地址的稳定访问。

注意，在vc6中，一般调试模式没有进行代码优化，所以这个 关键字的作用看不出来。下面通过插入汇编代码，测试有无volatile 关键字，对程序最终代码的影响：

首先，用classwizard建一个win32 console工程，插入一个voltest.cpp文件，输入下面的代码：

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#include<stdio.h> void main(int argc, char *argv[]) { int i=10; int a=i; printf ( "i=%d" ,a); //下面汇编语句的作用就是改变内存中i的值，但是又不让编译器知道 __asm { mov dwordptr[ebp-4],20h } int b=i; printf ( "i=%d" ,b); }

然后，在调试版本模式运行程序，输出结果如下：

i = 10

i = 32

然后，在release版本模式运行程序，输出结果如下：

i = 10

i = 10

输出的结果明显表明，release模式下， 编译器对代码进行了优化，第二次没有输出正确的i值。下面，我们把 i的声明加上volatile 关键字，看看有什么变化：

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#include<stdio.h> void main(int argc, char *argv[]) { volatile int i=10; int a=i; printf ( "i=%d" ,a); __asm { mov dwordptr[ebp-4],20h } int b=i; printf ( "i=%d" ,b); }

分别在调试版本和release版本运行程序，输出都是：

i = 10

i = 32

这说明这个 关键字发挥了它的作用！

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volatile对应的变量可能在你的程序本身不知道的情况下发生改变

比如多线程的程序，共同访问的内存当中，多个程序都可以操纵这个 变量

你自己的程序，是无法判定何时这个 变量会发生变化

还比如，他和一个外部设备的某个状态对应，当外部设备发生操作的时候，通过 驱动程序和中断事件，系统改变了这个 变量的数值，而你的程序并不知道。

对于volatile类型的 变量，系统每次用到他的时候都是直接从对应的内存当中提取，而不会利用cache当中的原有数值，以适应它的未知何时会发生的变化，系统对这种变量的处理不会做优化——显然也是因为它的数值随时都可能变化的情况。

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典型的例子

1	for (int i=0;i<100000;i++);

这个语句用来测试空循环的速度的

但是 编译器肯定要把它优化掉，根本就不执行

如果你写成

1	for (volatile int i=0;i<100000;i++);

它就会执行了

由于访问 寄存器的速度要快过RAM，所以 编译器一般都会作减少存取外部RAM的优化。比如：

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static int i=0; int main( void ) { //... while (1) { if (i)dosomething(); } } /*Interruptserviceroutine.*/ void ISR_2( void ){i=1;}

程序的本意是希望ISR_2中断产生时，在main当中调用dosomething函数，但是，由于编译器判断在 main函数里面没有修改过i，因此

可能只执行一次对从i到某 寄存器的读操作，然后每次if判断都只使用这个寄存器里面的“i副本”，导致dosomething永远也不会被

调用。如果将 变量加上volatile修饰，则 编译器保证对此变量的读写操作都不会被优化（肯定执行）。此例中i也应该如此说明。