什么是volatile关键字

volatile用于声明一个变量，告诉编译器该变量值容易发生改变，在编译、读取、存储该变量的时候都不要做任何优化，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存储数据，不做优化，在做嵌入式开发的时候，因为有时变量地址有可能是系统的一个外设地址，他的值的变化并不在程序控制范围内，随时有可能变化，因此需要对他进行声明，每次读取或者存储直接对地址进行操作。

变量如果加了 volatile 修饰，则会从内存重新装载内容，而不是直接从寄存器拷贝内容。

为什么使用volatile关键字

const 和 volatile 关键字是一种类型修饰符，两个是绝对对立的。volatile 的作用是作为指令关键字，确保本条指令不会因编译器的优化而省略，且要求每次直接读值。

什么时候使用volatile关键字

1、并行设备的寄存器（例如状态寄存器），存储器映射的硬件寄存器通常加volatile。

设备寄存器会在你的程序不知道或者不介入的时候发生改变，那是因为设备寄存器可以被外设硬件修改，相反，变量中的不会变。设备寄存器的内容是易失的，或者在不注意的时候被修改，当声明指向设备寄存器的指针时一定要用volatile，它会告诉编译器不要对存储在这个地址的数据进行假设，编译器在优化这个变量时应该把它看作编译时未知的。

2、一个中断服务程序中修改的供其它程序检测的变量。

由于访问寄存器的速度要快过RAM，所以编译器一般都会作减少存取外部RAM的优化，例如：

static int i=0; //i 为非自动变量
int main(void)
{...while (1){if (i) dosomething();}
}
/* Interrupt service routine. */
void ISR_2(void)
{i=1;
}

程序的本意是希望 ISR_2 中断产生时，在main函数中调用 dosomething 函数，但是，由于编译器判断在 main 函数里面没有修改过 i，因此可能只执行一次对从i到某寄存器的读操作，然后每次if判断都只使用这个寄存器里面的“i副本”，导致 dosomething 永远也不会被调用。如果将变量加上 volatile 修饰，则编译器保证对此变量的读写操作都不会被优化（肯定执行）。

3、多线程应用中被几个任务共享的变量（防止编译器对代码进行优化）。

当两个线程都要用到某一个变量且该变量的值会被改变时，应该用 volatile 声明，该关键字的作用是防止优化编译器把变量从内存装入CPU寄存器中。如果变量被装入寄存器，那么两个线程有可能一个使用内存中的变量，一个使用寄存器中的变量，这会造成程序的错误执行。volatile的意思是让编译器每次操作该变量时一定要从内存中真正取出，而不是使用已经存在寄存器中的值，

上面说到volatile关键字主要是防止被编译器优化或改变，那么上面是编译器优化呢？

GCC优化

通常C语言的编译器使用的是GCC编译器，他有个以下几个等级的优化

-O0 ：(默认)：没有优化。
-O或-O1 ：优化，但不要花费太多的时间。
-O2 ：更积极地优化
-O3 ：最积极地优化
-Ofast ：最高级的优化
-Os ：优化代码大小
-Og ：在尽量不干扰调试的情况下优化

开启不同的优化等级，程序编译后的结果就会发生一定的变化，而volatile就是在开启优化的情况下使用，保护变量不被优化。

测试：

//示例一
#include<stdio.h>int main()
{int i = 0;i = 1;i = 2;i = 3;printf("%d\n",i);return 0;
}

//示例二
#include<stdio.h>int main()
{volatile int i = 0;i = 1;i = 2;i = 3;printf("%d\n",i);return 0;
}

使用-O默认优化等级对代码进行编译，查看汇编结果。

通过查看汇编结果，我们可以看到不使用volatile 优化后，i=0，i=1，i=2被优化，没有生成汇编的代码，只生成了i=3的汇编代码，取最后的值寻址赋值给 i 输出。而在使用volatile声明变量优化后，每一个i 的赋值都生成了汇编代码（上图红框），没有被优化，每次赋值都重新寻址。

可以清楚的看到：使用 volatile 的代码编译未优化。如果 i 是一个寄存器变量或者表示一个端口数据就容易出错，所以说 volatile 可以保证对特殊地址的稳定访问。

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，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。以上是硬件级别的优化。再看软件一级的优化：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；调整指令顺序充分利用CPU指令流水线，常见的是重新排序读写指令。对常规内存进行优化的时候，这些优化是透明的，而且效率很好。由编译器优化或者硬件重新排序引起的问题的解决办法是在从硬件（或者其他处理器）的角度看必须以特定顺序执行的操作之间设置内存屏障（memory barrier)Linux 提供了一个宏解决编译器的执行顺序问题。
void Barrier(void)
这个函数通知编译器插入一个内存屏障，但对硬件无效，编译后的代码会把当前CPU寄存器中的所有修改过的数值存入内存，需要这些数据的时候再重新从内存中读出。

2、volatile总是与优化有关，编译器有一种技术叫做数据流分析，分析程序中的变量在哪里赋值、在哪里使用、在哪里失效，分析结果可以用于常量合并，常量传播等优化，进一步可以消除一些代码。但有时这些优化不是程序所需要的，这时可以用volatile关键字禁止做这些优化。

volatile的本意是“易变的” 因为访问寄存器要比访问内存单元快的多,所以编译器一般都会作减少存取内存的优化，但有可能会读脏数据。当要求使用volatile声明变量值的时候，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。精确地说就是，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；如果不使用valatile，则编译器将对所声明的语句进行优化。（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）。

volatile 常见问题

1、一个参数可以是const还可以是volatile吗？

可以。比如只读的状态寄存器。它是volatile因为它可能被意想不到的改变，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。当一个服务中子程序修改一个指向buffer的指针时。

3、下面的函数段有问题吗？

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

*ptr指向一个volatile型参数，*ptr的值随时可能被改变，所以代码段返回的可能不是所期望的平方值。

4、C语言编译过程中，volatile关键字和extern关键字分别在哪个阶段起作用
volatile应该是在编译阶段，extern在链接阶段。
volatile关键字的作用是防止变量被编译器优化，而优化是处于编译阶段，所以volatile关键字是在编译阶段起作用。

程序编译运行阶段：C语言编译运行代码的过程_◣星河◢的博客-CSDN博客

参考文章：C语言再学习 -- 关键字volatile_聚优致成的博客-CSDN博客_volatile关键字c语言

C语言volatile 关键字相关推荐

C语言volatile关键字详解
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 ...
C语言-volatile关键字
目录: 一.简述volatile 二.volatile 的含义三.编译器优化 → C关键字volatile → memory破坏描述符 1.编译器优化介绍 2.C语言关键字volatile 3.Me ...
c语言volatile关键字（详细）总结附示例讲解
目录一.简介二.示例代码解析 2.1 修饰变量 2.2 修饰硬件寄存器地址三.其他相关链接一.简介 volatile属于C语言的关键字.开发者告诉编译器该变量是易变的,无非就是希望编译器去注意 ...
C语言volatile关键字的作用
一.前言 1.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,在硬件上引入硬件告诉缓存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 ...
c语言volatile关键字的作用是什么？
一.前言 1.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,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 ...
C语言volatile关键字—最易变的关键字
volatile 是易变的.不稳定的意思.很多人根本就没见过这个关键字,不知道它的存在.也有很多程序员知道它的存在,但从来没用过它.我对它有种"杨家有女初长成,养在深闺人未识" 的 ...
C语言学习及应用笔记之四：C语言volatile关键字及其使用
在C语言中,还有一个并不经常使用但却非常有用的关键字volatile.那么使用volatile关键字究竟能干什么呢?接下来我将就此问题进行讨论. 一个使用volatile关键字定义变量,其实就是告诉编 ...
c 语言 volatile 关键字
一.前言 1.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,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 ...
c语言输出王字图形,专一的王子,C语言volatile关键字解析
你明天有一个朋友要过生日,今天把要送的礼物打包好了,一般情况下,我们明天起来不需要再次打开验证一下里面的礼物是否存在,因为我们知道,只要礼物的外包装没有动过,里面的东西应该也没有动过.其实编译器和人 ...

C语言volatile 关键字