囫囵C语言（四）：static 和 volatile

囫囵C语言（四）：static 和 volatile

    这两个关键字其实并不沾边。只是从英文上看他们似乎是一对儿。下面分别解释这两个关键字。     一：static    这个关键字的语法问题不想多说，讨论这个关键字的文章非常多。我们先看下面的一个小程序： 　　 　　//////////////////////////////////////////////////////////////// 　　 　　/* 　　 * 使用 Visual C++ 6.0 　　 * 编译器：Microsoft (R) 32-bit C/C++ Optimizing Compiler Version 12.00.8168 for 80x86 　　 * 链接器：Microsoft (R) Incremental Linker Version 6.00.8168 　　 * 　　 * 程序是 release 版本 　　 */ 　　 　　int global_a; 　　static int global_b; 　　 　　int main(int argc, char* argv[]) 　　{ 　　 int local_a; 　　 static int local_b; 　　 　　 printf("local_b is at /t%p/n", &local_b); 　　 printf("global_b is at /t%p/n", &global_b); 　　 printf("global_a is at /t%p/n", &global_a); 　　 printf("local_a is at /t%p/n", &local_a); 　　 　　 return 0; 　　} 　　 　　编译运行的结果是： 　　local_b is at 00406910 　　global_b is at 00406914 　　global_a is at 00406918 　　local_a is at 0012FF80 　　 　　/////////////////////////////////////////////////////////////// 　　     从结果我们可以很直观地看到 global_a，global_b，local_b 在可执行程序中的位置是连续的，根据前面的介绍，section是页面对齐的，可以得知，这三个变量处于同一个 section。这就是static 局部变量具有“记忆功能”的根本原因，因为编译器将local_b 当作一个全局变量来看待的。而变量 local_a 才是在栈上分配的，所以他的地址离其他几个变量很远。 　　     那么它们的差别又是什么呢？     我们使用 Visual C++ 6.0 中自带的 dumpbin 程序察看一下 obj 文件的符号表：     D:/test000/Release> dumpbin /SYMBOLS test000.obj 　　     结果如下：（我只摘出了和论题有关系的部分） 　　External | _global_a 　　Static | _global_b 　　Static | _?local_b@?1??main@@9@9 　　 　　从中可以看出： 　　1. static 变量同样出现在符号表中。 　　2. static 变量的属性和普通的全局变量不同。 　　3. local_b 似乎变成了一个很奇怪的名字 _?local_b@?1??main@@9@9 　　 　　第一点，只有全局变量才会出现在符号表中，所以毫无疑问 local_b 被编译器看作是全局变量。 　　第二点，External属性表明，该符号可以被其他的 obj 引用（做链接），static 属性表明该符号不可以被其他的 obj 引用，所以所谓 static 变量不能被其他文件引用不仅仅是在 C 语法中做了规定，真正的保证是靠链接器完成的。 　　第三点，_?local_b@?1??main@@9@9 就是 local_b，链接器为什么要换名字呢？很简单，如果不换名字，如果有一个全局变量与之重名怎么办，所以这个变量的名字不但改变了，而且还有所在函数的名字作为后缀，以保证唯一性。 　　 　　二：volatile 　　 　　说道 volatile 这个关键字，恐怕有些人会想，这玩意儿是 C 语言的关键字么？你老兄不会忽悠俺吧？嘿嘿，这个关键字确实是C语言的关键字，只不过比较少用，他的作用很奇怪：编译器，不要给我优化用这个关键字修饰的符号所涉及的程序。有看官会说这不是神经病么？让编译器优化有什么不好，我巴不得自己用的编译器优化算法世界第一呢。 　　 　　来看几个例子：(Microsoft Visual C++ 6.0, 程序编译成 release 版本) 　　 　　例一： 　　 　　/* 　　 * 第一个程序 　　 */ 　　int main(int argc, char* argv[]) 　　{ 　　 int i; 　　 　　 for (i = 0; i < 0xAAAA; i++); 　　 　　 return 0; 　　} 　　 　　/* 　　 * 汇编码 　　 */ 　　_main: 　　00401011 xor eax,eax 　　00401013 ret 　　 　　通过观察这个程序的汇编码我们发现，编译器发现程序的执行结果不会影响任何寄存器变量，就将这个循环优化掉了，我们在汇编码里面没有看到任何和循环有关的部分。这两句汇编码仅仅相当于 return 0; 　　 　　/* 　　 * 第二个程序 　　 */ 　　int main(int argc, char* argv[]) 　　{ 　　 volatile int i; 　　 　　 for (i = 0; i < 0xAAAA; i++); 　　 　　 return 0; 　　} 　　 　　/* 　　 * 汇编码 　　 */ 　　_main: 　　00401010 push ebp 　　00401011 mov ebp,esp 　　00401013 push ecx 　　00401015 mov dword ptr [ebp-4],0 　　0040101C mov eax,0AAAAh 　　00401021 mov ecx,dword ptr [ebp-4] 　　00401024 cmp ecx,eax 　　00401026 jge _main+26h (00401036) 　　00401028 mov ecx,dword ptr [ebp-4] 　　0040102B inc ecx 　　0040102C mov dword ptr [ebp-4],ecx 　　0040102F mov ecx,dword ptr [ebp-4] 　　00401032 cmp ecx,eax 　　00401034 jl _main+18h (00401028) 　　00401036 xor eax,eax 　　00401038 mov esp,ebp 　　0040103A pop ebp 　　0040103B ret 　　 　　我们用 volatile 修饰变量 i，然后重新编译，得到的汇编码如上所示，这回好了，循环回来了。这有什么意义呢？在通常的应用程序中，这个小小的延迟循环通常没有用，但是写过驱动程序的朋友都知道，有时候我们写外设的时候，两个命令字之间是需要一些延迟的。 　　 　　例二： 　　 　　/* 　　 * 第一个程序 　　 */ 　　int main(int argc, char* argv[]) 　　{ 　　 int *p; 　　 　　 p = 0x100000; 　　 *p = 0xCCCC; 　　 *p = 0xDDDD; 　　 　　 return 0; 　　} 　　 　　/* 　　 * 汇编码 　　 */ 　　_main: 　　00401011 mov eax,100000h 　　00401016 mov dword ptr [eax],0DDDDh 　　0040101C xor eax,eax 　　0040101E ret 　　 　　这个程序中，编译器认为 *p = 0xCCCC; 没有任何意义，所以被优化掉了。 　　 　　/* 　　 * 第二个程序 　　 */ 　　int main(int argc, char* argv[]) 　　{ 　　 volatile int *p; 　　 　　 p = 0x100000; 　　 *p = 0xCCCC; 　　 *p = 0xDDDD; 　　 　　 return 0; 　　} 　　 　　/* 　　 * 汇编码 　　 */ 　　_main: 　　00401011 mov eax,100000h 　　00401016 mov dword ptr [eax],0CCCCh 　　0040101C mov dword ptr [eax],0DDDDh 　　00401022 xor eax,eax 　　00401024 ret 　　     重新声明这个变量，*p = 0xCCCC; 被执行了，同样，这主要用于驱动外设，有的外设要求连续向一个地址写入多个不同的数据，才能外成一个完整的操作。Intel 的CPU 外设地址和内存地址分开，访问外设的时候使用特殊指令，比如 inb, outb。但有一些 CPU 比如 ARM，外设是和内存混合编址的，访问外设看上去就像读写普通的内存。具体细节请参考 Intel 和 ARM 的手册。 　　     一个精彩的细节：

    在例二中编译器发现一个寄存器 eax 可以完成整个函数，所以并没有给变量 p 在栈上分配内存。省略了栈的操作，节省了不少时间，通常栈的操作使用 5 条以上的汇编码。 　　 　　上面两个例子，都是写驱动程序用到的，写应用程序是不是就没必要知道了呢？请看下面的例子： 　　 　　例三： 　　 　　int run = 1; 　　 　　void t1() 　　{ 　　 run = 0; 　　} 　　 　　void t2() 　　{ 　　 while (run) 　　 { 　　 printf("error ./n"); 　　 } 　　} 　　 　　int main(int argc, char* argv[]) 　　{ 　　 t1(); 　　 t2(); 　　 　　 return 0; 　　} 　　 　　这个程序乍看没什么问题，在某些编译器，或者某些优化参数下，while (run)会被优化成一个死循环，是因为编译器不知道会有外部的线程要改变这个变量，当他看到 run 的定义时，认为这个循环永远不会退出，所以直接将这个循环优化成了死循环。解决的办法是用 volatile 声明变量 i。 　　 　　我手头的编译器这个例子不会出错，我也懒得找让这个例子成立的编译器了，大家自己动手试验一下看看吧。 　　 　　如果大家静下心来读上一些汇编码就会发现，微软的编译器经常会有一些精彩的表现。

 

     去微软面过，电话两轮，On site 6 轮，被拒了！