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[技术问答]

C语言中关键字volatile的含义及用法

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nomomy|  楼主 | 2023-8-30 10:00 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
自己在学习单片机时,经常会遇到volatile这个关键字,

#define     __O     volatile             /*!< Defines 'write only' permissions */
#define     __IO    volatile             /*!< Defines 'read / write' permissions */

每次查了明白了,过后又忘记了,因此写篇博客记录一下。

一、首先volatile的意思是“易变的,不稳定的”,目的是防止编译器优化,防止编译器优化什么意思呢?

1.首先我们先来理解什么是编译器优化

我们编写C语言程序然后用编译器进行编译时,编译器会对我们所写的程序中的变量和代码进行一定的优化,用下面例子进行阐述

int main()

{

        int  valu_1,valu_2,valu_3;

        valu_1 = 10;

        valu_2 = valu_1;

        valu_3 = valu_2;

        return 0;

}

上面程序运行的顺序为:

第一步:先把10放到valu_1所指向的空间(地址)中,

第二步:将valu_1所指向的空间中的数据读出来,然后再将读出的数据放到valu_2所指向的                空间中;

第三步:将valu_2所指向的空间中的数据读出来,然后再将读出的数据放到valu_3所指向的                空间中;

然而经过编译器编译优化之后就变成将

int main()

{

        int  valu_1,valu_2,valu_3;

        valu_3 = 10;

        return 0;

}

上例有三个变量valu_1,valu_2和valu_3,但是其实是三个相同的变量,并且其它地方并未区分它们三个(所以它们是重复的,可称为“复写”),编译器会用一个变量替换两个或多个相同的变量,将valu_3“传播”给valu_1和valu_2,只剩下一个变量valu_3,当然,反过来优化后只剩下一个valu_1或valu_2也是可以的。

上面不好理解的话可以按照下面理解,编译器优化后变为

int main()

{

        int  valu_1,valu_2,valu_3;

        valu_1 = 10;

        valu_2 = 10;

        valu_3 = 10;

        return 0;

}

上例程序在正常运行的时候确实是好事,但是总会有一些特殊的情况发生,比如,一个中断程序突然改变了valu_1的值为5,那么可能会发生这样的情况:本来valu_1、valu_2和valu_3应该是valu_1改变以后的值5,可是因为编译器在编译时优化valu_1,valu_2,valu_3都是10,因此即使在别的地方被改变成5,但在主函数中使用valu_1、valu_2和valu_3时,其值还是10而不是5,这样程序就会跑出来我们意想不到的结果。

对于编译器的优化想要深入了解的话,可以参考编译器常用的8种优化方法 - 知乎 (zhihu.com)

二、那么volitale“易变的,不稳定的”应该要怎么理解呢?

volatile 是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,都要直接从变量地址中读取数据。

对于上述一里面的例子

int main()

{

        int  valu_1,valu_2,valu_3;

        valu_1 = 10;

        valu_2 = valu_1;

        valu_3 = valu_2;

        return 0;

}

如果改为

int main()

{

        volatile int  valu_1,valu_2,valu_3;

        valu_1 = 10;

        valu_2 = valu_1;

        valu_3 = valu_2;

        return 0;

}

再次经过编译之后,因为volatile关键字的作用,编译器不会再对valu_1、valu_2、valu_3进行优化,程序中在任何地方改变了valu_1的值之后,再在主函数中读取valu_1的值的时候,都会从valu_1变量所指向的空间地址中进行读取数据。这样就避免了编译器因为优化暂时从寄存器中取值,避免了valu_1这个变量由别的地方(中断、程序、线程等等)更新成5了,但是在主函数中还是10的现象。

总结:
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。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,都会直接从变量地址中读取数据。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。所以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。

可是如果你大量使用volatile的话,没有优化,就会降低程序运行的效率。

本来C语言的运行效率就比汇编低了不少,所以说volatile在加的时候要尽量考虑好,因为很多程序运行的时候特别注重效率,需根据实际编程需要,合理使用。

原文链接:https://blog.csdn.net/qq_50654853/article/details/131347078

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沙发
tpgf| | 2024-2-2 15:43 | 只看该作者
C/C++ 中的 volatile 关键字和 const 对应,用来修饰变量,通常用于建立语言级别的 memory barrier

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板凳
zljiu| | 2024-2-2 16:26 | 只看该作者
volatile 可以保证对特殊地址的稳定访问

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地板
nawu| | 2024-2-2 21:27 | 只看该作者
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

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5
aoyi| | 2024-2-2 22:00 | 只看该作者
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

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6
gwsan| | 2024-2-2 22:37 | 只看该作者
中断服务程序中修改的供其它程序检测的变量需要加 volatile

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7
tfqi| | 2024-2-2 23:10 | 只看该作者
存储器映射的硬件寄存器通常要加 volatile 说明,因为每次对它的读写都可能由不同意义

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