C语言之volatile、static、const、extern

C语言之volatile、static、const、extern

1.volatile

1.1 volatile基本含义

volatile是一个类型修饰符（type specifier），是被设计用来修饰被不同线程访问和修改的变量；volatile的作用是作为指令关键字，确保本条指令不会因编译器的优化而省略，且要求每次直接到内存中读值。
volatile防止代码被编译器优化，例如：

a=1;
a=2;
a=3;

编译器会进行优化，优化为只有a=3（即忽略前三条语句，只产生一条机器代码）；如果键入volatile，则编译器会逐一地进行编译并产生相应的机器代码（产生四条代码）
volatile声明的变量是时刻都有可能变的，例如：volatile int a；a*a并不一定是a的平方。

1.2 volatile常见用途

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

1.3 volatile常见提问

1.一个参数既可以是const还可以是volatile吗？
可以的，例如只读的状态寄存器。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。
2.一个指针可以是volatile 吗？
可以，当一个中服务子程序修该一个指向一个buffer的指针时。

2 static

2.1 static基本含义

static关键字主要用于定义全局静态变量、局部静态变量、静态函数。

2.2 static 全局静态变量

全局静态变量:当一个进程的全局变量被声明为static之后，它的中文名叫静态全局变量。静态全局变量和其他的全局变量的存储地点并没有区别，都是在.data段（已初始化）或者.bss段（未初始化）内，但是它只在定义它的源文件内有效，其他源文件无法访问它。

2.3 static 局部静态变量

普通的局部变量在栈空间上分配，这个局部变量所在的函数被多次调用时，每次调用这个局部变量在栈上的位置都不一定相同。局部变量也可以在堆上动态分配，但是记得使用完这个堆空间后要释放之。
static局部变量中文名叫静态局部变量。它与普通的局部变量比起来有如下几个区别：
1.位置：静态局部变量被编译器放在全局存储区.data（注意：不在.bss段内，原因见3）），所以它虽然是局部的，但是在程序的整个生命周期中存在。
2.访问权限：静态局部变量只能被其作用域内的变量或函数访问。也就是说虽然它会在程序的整个生命周期中存在，由于它是static的，它不能被其他的函数和源文件访问。
3.值：静态局部变量如果没有被用户初始化，则会被编译器自动赋值为0，以后每次调用静态局部变量的时候都用上次调用后的值。这个比较好理解，每次函数调用静态局部变量的时候都修改它然后离开，下次再调用该函数，读的时候从全局存储区读出的静态局部变量就是上次修改后的值。
需要注意的是由于static局部变量的这种特性，使得含静态局部变量的函数变得不可重入，即每次调用可能会产生不同的结果。这在多线程编程时可能会成为一种隐患。需要多加注意。

2.4 static函数

static函数的作用域是本源文件，static函数可以很好地解决不同原文件中函数同名的问题，因为一个源文件对于其他源文件中的static函数是不可见的。

参考：https://zhuge.blog.youkuaiyun.com/article/details/76850375

3 const

3.1 const基本含义

const-英文意思-常量，它限定了一个变量时不允许被修改，可以产生静态作用，使用const在一定程度上可以提高程序的安全性和可靠性。

3.2 const 与 #define

预处理指令 #define xxx 可以很方便的进行值替代，这种值替代至少在3个方面有点突出，一是避免意义模糊的数字出现，使得程序语意流畅清晰，二是可以很方便的进行参数的调整与修改，只需要在宏定义那修改，整个程序中所有引用该宏定义的地方都随之更改。三是提高了程序的执行效率，由于是使用“预编译器”进行值替代，并不需要为这些常量存储空间，所以执行效率高。

说道这里，可能会迷惑以上这些内容与const有什么关系呢？

预处理语句虽然有上面说的有点，但是它也有缺点，即预处理语句仅仅只是简单的值替代，缺乏“类型”检测机制，这样预处理语句就不能享受编译系统的类型检查好处了，从而可能成为引发一系列错误的隐患，比如在程序中，定义一个只读变量“u8 name[]=“tom”，在编程中如果对name[1]进行赋值，可能就会引起一系列的错误。

所以，const的推出的初始目的，正是为了取代预编译指令，消除它的缺点，同事继承它的优点。

const作用及优点：

1.以const修饰的常量值，具有不可变性，这是它能取代预定义语句的基础。

2.很明显，它也同样可以避免意义模糊的数字出现，可以很方便的进行参数的调整和修改。

3.C/C++编译器通常不会为const变量分配RAM存储空间，而是将他们保存在符号表中，这就使得它成为了一个编译期间的常量，没有了存储与读内存操作，使得它的效率很高，同时，这也是它取代预定义的重要基础，编译器在编译它时，不会去读存储的内容，而是直接从符号表中替代。这是一种特别特别特别好的优点，比如在存放字库或者图片库时，这些库的对应的数组体积会特别大。

3.3 const常见用途

3.3.1 const常量

由于常量一旦被创建后其值就不能再改变，所以常量必须在定义的同时赋值（初始化），后面的任何赋值行为都将引发错误。

3.3.2 const与指针

const 也可以和指针变量一起使用，这样可以限制指针变量本身，也可以限制指针指向的数据。const 和指针一起使用会有几种不同的顺序，如下所示：
const int *p1;
int const *p2;
int * const p3;
在最后一种情况下，指针是只读的，也就是 p3 本身的值不能被修改；在前面两种情况下，指针所指向的数据是只读的，也就是 p1、p2 本身的值可以修改（指向不同的数据），但它们指向的数据不能被修改。

当然，指针本身和它指向的数据都有可能是只读的，下面的两种写法能够做到这一点：
const int * const p4;
int const * const p5;
const 离变量名近就是用来修饰指针变量的，离变量名远就是用来修饰指针指向的数据，如果近的和远的都有，那么就同时修饰指针变量以及它指向的数据。

3.3.3 const与函数形参

在C语言中，单独定义 const 变量没有明显的优势，完全可以使用#define命令代替。const 通常用在函数形参中，如果形参是一个指针，为了防止在函数内部修改指针指向的数据，就可以用 const 来限制。例如：int strcmp ( const char * str1, const char * str2 );

3.3.4 const 和非 const 类型转换

当一个指针变量 str1 被 const 限制时，并且类似const char *str1这种形式，说明指针指向的数据不能被修改；如果将 str1 赋值给另外一个未被 const 修饰的指针变量 str2，就有可能发生危险。因为通过 str1 不能修改数据，而赋值后通过 str2 能够修改数据了，意义发生了转变，所以编译器不提倡这种行为，会给出错误或警告。
const char *和char *是不同的类型，不能将const char *类型的数据赋值给char *类型的变量。但反过来是可以的，编译器允许将char *类型的数据赋值给const char *类型的变量。
char *指向的数据有读取和写入权限，而const char *指向的数据只有读取权限，降低数据的权限不会带来任何问题，但提升数据的权限就有可能发生危险。

4 extern

4.1 extern含义

extern可以置于变量或者函数前，以标示变量或者函数的定义在别的文件中，提示编译器遇到此变量和函数时在其他模块中寻找其定义。此外extern也可用来进行链接指定。
extern有两个作用：
第一个,当它与"C"一起连用时，如: extern “C” void fun(int a, int b);则告诉编译器在编译fun这个函数名时按着C的规则去翻译相应的函数名而不是C++的。
第二，当extern不与"C"在一起修饰变量或函数时，如在头文件中: extern int g_Int; 它的作用就是声明函数或全局变量的作用范围的关键字，其声明的函数和变量可以在本模块活其他模块中使用，记住它是一个声明不是定义。

4.2 extern 和 static

(1) extern 表明该变量在别的地方已经定义过了,在这里要使用那个变量.
(2) static 表示静态的变量，分配内存的时候, 存储在静态区,不存储在栈上面.
static 作用范围是内部连接的关系, 和extern有点相反.它和对象本身是分开存储的,extern也是分开存储的,但是extern可以被其他的对象用extern 引用,而static 不可以,只允许对象本身用它. 具体差别首先，static与extern是一对“水火不容”的家伙，也就是说extern和static不能同时修饰一个变量；其次，static修饰的全局变量声明与定义同时进行，