嵌入式软件设计中关键字:const/volatile/static

最近调试51822遇到一个被编译器优化的坑，发现关键字的重要性，平时定义变量的时候，还是必要加上关键字，避免不必要的麻烦。这里整理一份关键字的用法。

关键字 volatile

C 语言编译器会对用户书写的代码进行优化，譬如如下代码：

int a,b,c;
a = inWord(0x100); /*读取 I/O 空间 0x100 端口的内容存入 a 变量*/
b = a;
a = inWord (0x100); /*再次读取 I/O 空间 0x100 端口的内容存入 a 变量*/

c = a;

很可能被编译器优化为：
int a,b,c;
a = inWord(0x100); /*读取 I/O 空间 0x100 端口的内容存入 a 变量*/
b = a;

c = a;

但是这样的优化结果可能导致错误， 如果 I/O 空间 0x100 端口的内容在执行第一次读操
作后被其它程序写入新值，则其实第 2 次读操作读出的内容与第一次不同，b 和 c 的值应该

不同。

在变量 a 的定义前加上 volatile 关键字可以防止编译器的类似优化，正确的做法是：

volatile int a；
volatile 变量可能用于如下几种情况：
(1) 并行设备的硬件寄存器（如：状态寄存器，例中的代码属于此类） ；
(2) 一个中断服务子程序中会访问到的非自动变量(也就是全局变量)；

(3) 多线程应用中被几个任务共享的变量。

关键字 const

      const 意味着"只读"。区别如下代码的功能非常重要，也是老生长叹，如果你还不知道
它们的区别，而且已经在程序界摸爬滚打多年，那只能说这是一个悲哀：

const int a;
int const a;
const int *a;
int * const a;
int const * a const;

（1）   关键字 const 的作用是为给读你代码的人传达非常有用的信息。例如，在函数的

  形参前添加 const 关键字意味着这个参数在函数体内不会被修改，属于"输入参数"。在有多
  个形参的时候，函数的调用者可以凭借参数前是否有 const 关键字，清晰的辨别哪些是输入
  参数，哪些是可能的输出参数。

（2）合理地使用关键字 const 可以使编译器很自然地保护那些不希望被改变的参数，

防止其被无意的代码修改，这样可以减少 bug 的出现。

 在编译阶段需要的常数仍然只能以#define 宏定义！故在 C 语言中如下程序
是非法的：

const int SIZE = 10;

char a[SIZE]; /* 非法：编译阶段不能用到变量 */

在C语言中，static的字面意思很容易把我们导入歧途，其实它的作用有三条。

（1）先来介绍它的第一条也是最重要的一条：隐藏。

当我们同时编译多个文件时，所有未加static前缀的全局变量和函数都具有全局可见性。为理解这句话，我举例来说明。我们要同时编译两个源文件，一个是a.c，另一个是main.c。

下面是a.c的内容

char a = 'A'; // global variable
void msg() 
{
    printf("Hello\n"); 
}

 

下面是main.c的内容

int main(void)
{    
    extern char a;    // extern variable must be declared before use
    printf("%c ", a);
    (void)msg();
    return 0;
}

 

程序的运行结果是：

A Hello

你可能会问：为什么在a.c中定义的全局变量a和函数msg能在main.c中使用？前面说过，所有未加static前缀的全局变量和函数都具有全局可见性，其它的源文件也能访问。此例中，a是全局变量，msg是函数，并且都没有加static前缀，因此对于另外的源文件main.c是可见的。

如果加了static，就会对其它源文件隐藏。例如在a和msg的定义前加上static，main.c就看不到它们了。利用这一特性可以在不同的文件中定义同名函数和同名变量，而不必担心命名冲突。Static可以用作函数和变量的前缀，对于函数来讲，static的作用仅限于隐藏，而对于变量，static还有下面两个作用。

（2）static的第二个作用是保持变量内容的持久。存储在静态数据区的变量会在程序刚开始运行时就完成初始化，也是唯一的一次初始化。共有两种变量存储在静态存储区：全局变量和static变量，只不过和全局变量比起来，static可以控制变量的可见范围，说到底static还是用来隐藏的。虽然这种用法不常见，但我还是举一个例子。

#include <stdio.h>

int fun(void){
    static int count = 10;    // 事实上此赋值语句从来没有执行过
    return count--;
}

int count = 1;

int main(void)
{    
    printf("global\t\tlocal static\n");
    for(; count <= 10; ++count)
        printf("%d\t\t%d\n", count, fun());    
    
    return 0;
}

 

程序的运行结果是：

global          local static

1               10

2               9

3               8

4               7

5               6

6               5

7               4

8               3

9               2

10              1

 

（3）static的第三个作用是默认初始化为0。其实全局变量也具备这一属性，因为全局变量也存储在静态数据区。在静态数据区，内存中所有的字节默认值都是0x00，某些时候这一特点可以减少程序员的工作量。比如初始化一个稀疏矩阵，我们可以一个一个地把所有元素都置0，然后把不是0的几个元素赋值。如果定义成静态的，就省去了一开始置0的操作。再比如要把一个字符数组当字符串来用，但又觉得每次在字符数组末尾加’\0’太麻烦。如果把字符串定义成静态的，就省去了这个麻烦，因为那里本来就是’\0’。不妨做个小实验验证一下。

#include <stdio.h>

int a;

int main(void)
{
    int i;
    static char str[10];

    printf("integer: %d;  string: (begin)%s(end)", a, str);

    return 0;
}

程序的运行结果如下

integer: 0; string: (begin)(end)

最后对static的三条作用做一句话总结。首先static的最主要功能是隐藏，其次因为static变量存放在静态存储区，所以它具备持久性和默认值0。

static关键字用途太多，以致于让新手模糊。不过，总结起来就有两种作用，改变生命期和限制作用域。如：

l         修饰inline函数：限制作用域

l         修饰普通函数：限制作用域

l         修饰局部变量：改变生命期

l         修饰全局变量：限制作用域

 

const 关键字倒是比较明了，用const修饰的变量放在rodata里，字符串默认就是常量。对const，注意以下几点就行了。

l         指针常量：指向的数据是常量。如 const char* p = “abc”; p指向的内容是常量 ，但p本身不是常量，你可以让p再指向”123”。

l         常量指针：指针本身是常量。如：char* const p = “abc”; p本身就是常量，你不能让p再指向”123”。

l         指针常量 + 常量指针：指针和指针指向的数据都是常量。const char* const p =”abc”; 两者都是常量，不能再修改。