C++ volatile 关键字

注意:本文中代码均使用 Qt 开发编译环境
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。

用volatile关键字声明的变量i每一次被访问时,执行部件都会从i相应的内存单元中取出i的值。

没有用volatile关键字声明的变量i在被访问的时候可能直接从cpu的寄存器中取值(因为之前i被访问过,也就是说之前就从内存中取出i的值保存到某个寄存器中),之所以直接从寄存器中取值,而不去内存中取值,是因为编译器优化代码的结果(访问cpu寄存器比访问ram快的多)。

以上两种情况的区别在于被编译成汇编代码之后,两者是不一样的。之所以这样做是因为变量i可能会经常变化,保证对特殊地址的稳定访问。

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:

volatile int nVint; 

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:

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 
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。这样以来,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:

  #include <stdio.h> 
  void main() 
  { 
    int i=10; 
    int a = i; 
    printf("i= %d\n",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 dword ptr [ebp-4], 20h 
    } 
    int b = i; 
    printf("i= %d\n",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:

  #include <stdio.h> 
  void main()
  { 
    volatile int i=10; 
    int a = i; 
    printf("i= %d\n",a); 
    __asm { 
        mov dword ptr [ebp-4], 20h 
    } 
    int b = i; 
    printf("i= %d\n",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!

关键字volatile有什么含意?并给出三个不同的例子。
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

搞嵌入式的家伙们经常同硬件、中断、RTOS等等 打交道,所有这些都要求用到volatile变量。不懂得volatile的内容将会带来灾难。

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); 下面的函数有什么错误:

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

下面是答案:
1)是的。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)是的。

尽管这并不很常见。一个例子是当一个中服务子程序修该一个指向一个buffer的指针时。

这段代码有点变态。

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:

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该变,因此a和b可能是不同的。结果,这段代码可能返不是你所期望的平方值!正确的代码如下:

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