volatile关键字的作用、原理

在Linux系统代码中经常看到它的影子

volatile 关键字在 C 和 C++ 中用于告诉编译器，某个变量的值可能在程序的控制流之外被改变。

volatile声明的变量在读取时，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。

管volatile关键字能够确保单片机程序在多线程或者中断环境中正确地处理变量的读写，但它并不能提供互斥性，因此在需要互斥访问资源的情况下，还需要额外的锁或者其他同步机制来保证线程安全。

虽然 volatile 关键字可以解决一些并发和同步的问题，但它并不能解决所有的问题。

在某些单片机系统中，volatile关键字还可以确保对这个变量的读写操作是原子性的，这意味着在一次读取和下一次读取之间，不会有其他的读写操作发生。

单片机编程中，volatile关键字可以确保一个中断服务程序对volatile变量的修改对主程序是可见的。这意味着，当一个中断服务程序修改了volatile变量的值时，主程序可以立即看到这个变化。

遇到volatile关键字声明的变量，编译器对访问该变量的代码将不再进行优化，从而可以提供对特殊地址的稳定访问。

易失性关键字的用法是告诉编译器，一个变量可以被多个不同的线程或中断程序访问和修改

当一个变量被声明为volatile时，编译器生成的汇编代码会直接访问这个变量在内存中的地址，而不是将其存储在寄存器中。此外，编译器还会避免对该变量的读写操作进行优化，从而保证了每次访问的都是最新的值，并且遵循程序的执行顺序。

在多任务或中断服务程序中，一个全局变量可能会被多个任务或中断服务程序共享和修改。如果没有使用volatile关键字，由于编译器的优化，每个任务或中断可能看到的是不同的变量副本，从而引发错误行为。同样地，硬件寄存器映射到内存中的地址，每次读写都可能具有不同的含义，因此需要使用volatile来确保每次直接读取最新的值。

编译器在编译代码时，为了提高执行效率，会对代码进行优化，比如将变量缓存到寄存器中，而不是每次都从内存中读取。但是，如果某个变量是由硬件直接修改（例如通过中断服务程序或者DMA操作），那么编译器就无法知道这个变量的值何时会改变。在这种情况下，如果编译器对这个变量进行了优化（比如将其缓存到寄存器），那么就可能导致程序读取到的是旧的值，而不是最新的值。使用 volatile 关键字可以告诉编译器不要对这个变量进行优化，确保每次都是从内存中读取这个变量的值。

volatile 关键字实际上是向编译器发出一个“警告”，告诉编译器这个变量是一个不稳定的变量，它的值可能在任何时候由外部因素（比如硬件）改变。因此，编译器在编译代码时，会特别对待这个变量，不会对其进行优化（比如不会将其缓存到寄存器），每次都会直接从内存中读取这个变量的值。

编译器在优化代码时可能会对volatile变量进行优化，以提高程序的执行效率。volatile关键字告诉编译器不要对这个变量进行优化，以确保程序能够正确地访问该变量。

编译器通常会对代码进行优化，比如将频繁访问的变量存储在寄存器中，或者对读写操作进行重排序。volatile关键字可以禁止这些优化，确保每次访问都是通过内存来进行，且访问顺序符合程序的逻辑。

易失性的基本原理依赖于内存屏障和缓存一致性协议。

在中断服务器或其他线程修改变量之后，对变量的任何后续访问都将获得最新值。

关键字的作用是防止编译器过度优化

在微控制器编程中，易失性关键字也是一个非常重要的概念

对于非易失性变量，编译器可以在寄存器中缓存它们的值，以减少对内存的访问。