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你真的了解c语言的volatile吗

       volatile是c语言中一个很特殊的关键字,学习单片机嵌入式的同学,可能有所了解,但必须深入掌握,这也是面试常问的点。一般同学只能说个大概,如果你能回答出以下三点印象瞬间高大。

int *ip =...; //设备地址
*ip = 1; //第一个指令
*ip = 2; //第二个指令

在普通c程序中,这段程序不过就是赋值而已,以上程序的第一个指令是完全没有必要的,compiler可能做优化而成:

int *ip = ...;
*ip = 2;

结果第一个指令丢失。而在嵌入式或单片机中,第一条是有必要的,如果用volatile, compiler就不允许做任何的优化,从而保证程序的原意,这对嵌入式来讲非常重要

一、易变的
        volatile 在词典中的主要释义就是“易变的”。
        变量保存在内存中,但为了提高运行速度,有时不从内存取值,而从cpu缓存/寄存器中取值。在嵌入式/或单片机开发中,这有时是很致命的。
volatile 定义变量后:假设有读、写两条语句,依次对同一个 volatile 变量进行操作,那么后一条的读操作不会直接使用前一条的写操作对应的 volatile 变量的寄存器内容,而是重新从内存中读取该 volatile 变量的值。
上述描述的(部分)示例代码内容如下:

volatile int nNum = 0;  // 将nNum声明为volatile
int nSum = 0;
nNum = FunA(); // nNum被写入的新内容,其值会缓存在寄存器中
nSum = nNum + 1; // 此处会从内存(而非寄存器)中读取nNum的值

二、不可优化的
        在 C/C++ 编程语言中,volatile 的第二个特性是“不可优化性”。
volatile 会告诉编译器,不要对 volatile 声明的变量进行各种激进的优化(甚至将变量直接消除),从而保证程序员写在代码中的指令一定会被执行。
上述描述的(部分)示例代码内容如下:

volatile int nNum;  // 将nNum声明为volatile
nNum = 1;
printf("nNum is: %d", nNum);

        在上述代码中,如果变量 nNum 没有声明为 volatile 类型,则编译器在编译过程中就会对其进行优化,直接使用常量“1”进行替换(这样优化之后,生成的汇编代码很简介,执行时效率很高)。
        而当使用 volatile 进行声明后,编译器则不会对其进行优化,nNum 变量仍旧存在,编译器会将该变量从内存中取出,放入寄存器之中,然后再调用 printf() 函数进行打印。
三、顺序执行的
        在 C/C++ 编程语言中,volatile 的第三个特性是“顺序执行特性”,即能够保证 volatile 变量间的顺序性不会被编译器进行乱序优化。
C/C++ 编译器最基本优化原理:保证一段程序的输出,在优化前后无变化。为了对本特性进行深入了解,下面以两个变量(nNum1 和 nNum2)为例(既然存在“顺序执行”,那描述对象必然大于一个),介绍 volatile 的顺序执行特性,示例代码内容如下:

int nNum1;
int nNum2;
nNum2 = nNum1 + 1; // 语句1
nNum1 = 10; // 语句2

        在上述代码中:当 nNum1 和 nNum2 都没有使用 volatile 关键字进行修饰时,编译器会对“语句1”和“语句2”的执行顺序进行优化:即先执行“语句2”、再执行“语句1”;

        当 nNum2 使用 volatile 关键字进行修饰时,编译器也可能会对“语句1”和“语句2”的执行顺序进行优化:即先执行“语句2”、再执行“语句1”;

        当 nNum1 和 nNum2 都使用 volatile 关键字进行修饰时,编译器不会对“语句1”和“语句2”的执行顺序进行优化:即先执行“语句1”、再执行“语句2”;

说明:上述论述可通过观察代码的生成的汇编代码进行验证。