一個(gè)定義為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(shè)這個(gè)變量的值了。精確地說就是,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)子程序中會訪問到的非自動變量(Non-automatIC?variables)
3). 多線程應(yīng)用中被幾個(gè)任務(wù)共享的變量
回答不出這個(gè)問題的人是不會被雇傭的。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題。嵌入式系統(tǒng)程序員經(jīng)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(nèi)容將會帶來災(zāi)難。
假設(shè)被面試者正確地回答了這是問題(嗯,懷疑這否會是這樣),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。
1). 一個(gè)參數(shù)既可以是const還可以是volatile嗎?解釋為什么。
2). 一個(gè)指針可以是volatile 嗎?解釋為什么。
3). 下面的函數(shù)有什么錯誤:
下面是答案:
1). 是的。一個(gè)例子是只讀的狀態(tài)寄存器。它是volatile因?yàn)樗赡鼙灰庀氩坏降馗淖儭K莄onst因?yàn)槌绦虿粦?yīng)該試圖去修改它。
2). 是的。盡管這并不很常見。一個(gè)例子是當(dāng)一個(gè)中服務(wù)子程序修該一個(gè)指向一個(gè)buffer的指針時(shí)。
3). 這段代碼的有個(gè)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,由于*ptr指向一個(gè)volatile型參數(shù),編譯器將產(chǎn)生類似下面的代碼:
int square(volatile int *ptr)
{
int a,b;
a = *ptr;
b = *ptr;
return a * b;
}
由于*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(jié)果,這段代碼可能返不是你所期望的平方值!正確的代碼如下:
long square(volatile int *ptr)
{
int a;
a = *ptr;
return a * a;
}
volatile的本意是“易變的” 由于訪問寄存器的速度要快過RAM,所以編譯器一般都會作減少存取外部RAM的優(yōu)化。比如:
程序的本意是希望ISR_2中斷產(chǎn)生時(shí),在main當(dāng)中調(diào)用dosomething函數(shù),但是,由于編譯器判斷在main函數(shù)里面沒有修改過i,因此 可能只執(zhí)行一次對從i到某寄存器的讀操作,然后每次if判斷都只使用這個(gè)寄存器里面的“i副本”,導(dǎo)致dosomething永遠(yuǎn)也不會被調(diào)用。如果將將變量加上volatile修飾,則編譯器保證對此變量的讀寫操作都不會被優(yōu)化(肯定執(zhí)行)。此例中i也應(yīng)該如此說明。
一般說來,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、存儲器映射的硬件寄存器通常也要加volatile說明,因?yàn)槊看螌λ淖x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中可以通過關(guān)中斷來實(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。
volatile的本意是“易變的”
由于訪問寄存器的速度要快過RAM,所以編譯器一般都會作減少存取外部RAM的優(yōu)化。比如:
程序的本意是希望ISR_2中斷產(chǎn)生時(shí),在main當(dāng)中調(diào)用dosomething函數(shù),但是,由于編譯器判斷在main函數(shù)里面沒有修改過i,因此
可能只執(zhí)行一次對從i到某寄存器的讀操作,然后每次if判斷都只使用這個(gè)寄存器里面的“i副本”,導(dǎo)致dosomething永遠(yuǎn)也不會被
調(diào)用。如果將將變量加上volatile修飾,則編譯器保證對此變量的讀寫操作都不會被優(yōu)化(肯定執(zhí)行)。此例中i也應(yīng)該如此說明。
一般說來,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、存儲器映射的硬件寄存器通常也要加volatile說明,因?yàn)槊看螌λ淖x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中可以通過關(guān)中斷來實(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。
關(guān)鍵在于兩個(gè)地方:
1. 編譯器的優(yōu)化??
在本次線程內(nèi), 當(dāng)讀取一個(gè)變量時(shí),為提高存取速度,編譯器優(yōu)化時(shí)有時(shí)會先把變量讀取到一個(gè)寄存器中;以后,再取變量值時(shí),就直接從寄存器中取值;
當(dāng)變量值在本線程里改變時(shí),會同時(shí)把變量的新值copy到該寄存器中,以便保持一致
當(dāng)變量在因別的線程等而改變了值,該寄存器的值不會相應(yīng)改變,從而造成應(yīng)用程序讀取的值和實(shí)際的變量值不一致
當(dāng)該寄存器在因別的線程等而改變了值,原變量的值不會改變,從而造成應(yīng)用程序讀取的值和實(shí)際的變量值不一致
舉一個(gè)不太準(zhǔn)確的例子:
發(fā)薪資時(shí),會計(jì)每次都把員工叫來登記他們的銀行卡號;一次會計(jì)為了省事,沒有即時(shí)登記,用了以前登記的銀行卡號;剛好一個(gè)員工的銀行卡丟了,已掛失該銀行卡號;從而造成該員工領(lǐng)不到工資
員工 -- 原始變量地址
銀行卡號 -- 原始變量在寄存器的備份
2. 在什么情況下會出現(xiàn)(如1樓所說)
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)子程序中會訪問到的非自動變量(Non-automatic variables)
3). 多線程應(yīng)用中被幾個(gè)任務(wù)共享的變量
補(bǔ)充: volatile應(yīng)該解釋為“直接存取原始內(nèi)存地址”比較合適,“易變的”這種解釋簡直有點(diǎn)誤導(dǎo)人;
“易變”是因?yàn)橥庠谝蛩匾鸬模蠖嗑€程,中斷等,并不是因?yàn)橛胿olatile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;
而用volatile定義之后,其實(shí)這個(gè)變量就不會因外因而變化了,可以放心使用了; 大家看看前面那種解釋(易變的)是不是在誤導(dǎo)人
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