C语言中volatile关键字的作用

一.前言
　编译器优化介绍：

　　由于内存访问速度远不及CPU处理速度，为提高机器整体性能，

1）在硬件上：  引入硬件高速缓存Cache，加速对内存的访问。另外在现代CPU中指令的执行并不一定严格按照顺序执行，没有相关性的指令可以乱序执行，以充分利用CPU的指令流水线，提高执行速度。

2）软件一级的优化：一种是在编写代码时由程序员优化，另一种是由编译器进行优化。编译器优化常用的方法有：将内存变量缓存到寄存器。

由于访问寄存器要比访问内存单元快的多，编译器在存取变量时，为提高存取速度，编译器优化有时会先把变量读取到一个寄存器中；以后再取变量值时就直接从寄存器中取值。但在很多情况下会读取到脏数据，严重影响程序的运行效果。

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二.volatile详解

1.原理作用：

　　Volatile意思是“易变的”，应该解释为“直接存取原始内存地址”比较合适。 

　　“易变”是因为外在因素引起的，像多线程，中断等；

　　C语言书籍这样定义volatile关键字：volatile提醒编译器它后面所定义的变量随时都有可能改变，因此编译后的程序每次需要存储或读取这个变量的时候，告诉编译器对该变量不做优化，都会直接从变量内存地址中读取数据，从而可以提供对特殊地址的稳定访问。。如果没有volatile关键字，则编译器可能优化读取和存储，可能暂时使用寄存器中的值，如果这个变量由别的程序更新了的话，将出现不一致的现象。（简洁的说就是：volatile关键词影响编译器编译的结果，用volatile声明的变量表示该变量随时可能发生变化，与该变量有关的运算，不要进行编译优化，以免出错）

2.一般用处：

　　一般说来，volatile用在如下的几个地方： 
　　1） 中断服务程序中修改的供其它程序检测的变量，需要加volatile； 

　　当变量在触发某中断程序中修改，而编译器判断主函数里面没有修改该变量，因此可能只执行一次从内存到某寄存器的读操作，而后每次只会从该寄存器中读取变量副本，使得中断程序的操作被短路。
　　2） 多任务环境下各任务间共享的标志，应该加volatile； 

　　在本次线程内, 当读取一个变量时，编译器优化时有时会先把变量读取到一个寄存器中；以后，再取变量值时，就直接从寄存器中取值；当内存变量或寄存器变量在因别的线程等而改变了值，该寄存器的值不会相应改变，从而造成应用程序读取的值和实际的变量值不一致 。
　　3） 存储器映射的硬件寄存器通常也要加volatile说明，因为每次对它的读写都可能由不同意义；

　　假设要对一个设备进行初始化，此设备的某一个寄存器为0xff800000。for(i=0;i< 10;i++)  *output = i;前面循环半天都是废话，对最后的结果毫无影响，因为最终只是将output这个指针赋值为9，省略了对该硬件IO端口反复读的操作。

3.几个问题

 　　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改一个指向buffer的指针时。

4.下面的函数有什么错误：

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

该程序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;
}

 

注意：频繁地使用volatile很可能会增加代码尺寸和降低性能,因此要合理的使用volatile。