C/C++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。
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