C中的volatile用法
2015-04-05 19:01
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volatile 影响编译器编译的结果,指出,volatile 变量是随时可能发生变化的,与volatile变量有关的运算,不要进行编译优化,以免出错,(VC++ 在产生release版可执行码时会进行编译优化,加volatile关键字的变量有关的运算,将不进行编译优化。)。
例如:
volatile int i=10;
int j = i;
...
int k = i;
volatile 告诉编译器i是随时可能发生变化的,每次使用它的时候必须从i的地址中读取,因而编译器生成的可执行码会重新从i的地址读取数据放在k中。
而优化做法是,由于编译器发现两次从i读数据的代码之间的代码没有对i进行过操作,它会自动把上次读的数据放在k中。而不是重新从i里面读。这样以来,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,不会出错。
/**********************
一个定义为volatile的变量是说这变量可能会被意想不到地改变,这样,编译器就不会去假设这个变量的值了。精确地说就是,优化器在用到这个变量时必须每次都小心地重新读取这个变量的值,而不是使用保存在寄存器里的备份。下面是volatile变量的几个例子:
1) 并行设备的硬件寄存器(如:状态寄存器)
大家都知道,在硬件级别,如果寄存器值自动改变了,编译器是不会主动发现的。经过编译器的自动优化,我们读到的都是寄存器中存储的旧的状态寄存器的值, 而非最新的状态寄存器值。例如:
#define STATUS (*(volatile unsigned long *)0x56000010)
2) 一个中断服务子程序中会访问到的非自动变量(Non-automatic variables)
ISR:中断服务程序 (interrupt service routine)
所谓中断是指当CPU正在处理某件事情的时候,外部发生的某一事件(如一个电平的变化,一个脉冲沿的发生或定时器计数溢出等)请求CPU迅速去处理,于是CPU暂时中止当前的工作,转去处理所发生的事件。中断服务处理完该事件以后,再回到原来被中止的地方继续原来的工作。
3) 多线程应用中被几个任务共享的变量
线程修改共享变量var是不会通知编译器的。所以线程A坚持不懈地读着var在寄存器或者cache中的副本,读出来的内容是0, 但很可惜,线程B早就把var变量给修改为1了。鉴于此,我们必须加上volatile这个关键字来解决这个问题。
回答不出这个问题的人是不会被雇佣的。我认为这是区分C程序员和嵌入式系统程序员的最基本的问题。搞嵌入式的家伙们经常同硬件、中断、RTOS等等打交道,所有这些都要求用到volatile变量。不懂得volatile的内容将会带来灾难。假设被面试者正确地回答了这是问题(嗯,怀疑是否会是这样),我将稍微深究一下,看一下这家伙是不是直正懂得volatile完全的重要性。
1)一个参数既可以是const还可以是volatile吗?解释为什么。
2); 一个指针可以是volatile 吗?解释为什么。
3); 下面的函数有什么错误:
int square(volatile int *ptr)
{
return *ptr * *ptr;
}
下面是答案:
1)是的。一个例子是只读的状态寄存器。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); 是的。尽管这并不很常见。一个例子是当一个中服务子程序修该一个指向一个buffer的指针时。
3) 这段代码有点变态。这段代码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;
}
位操作(Bit manipulation)
//*********************
嵌入式编程中经常用到 volatile这个关键字,在网上查了下他的用法可以归结为以下两点:
一:告诉compiler不能做任何优化
比如要往某一地址送两指令:
int *ip =...; //设备地址
*ip = 1; //第一个指令
*ip = 2; //第二个指令
以上程序compiler可能做优化而成:
int *ip = ...;
*ip = 2;
结果第一个指令丢失。如果用volatile, compiler就不允许做任何的优化,从而保证程序的原意:
volatile int *ip = ...;
*ip = 1;
*ip = 2;
即使你要compiler做优化,它也不会把两次付值语句间化为一。它只能做其它的优化。这对device driver程序员很有用。
二:表示用volatile定义的变量会在程序外被改变,每次都必须从内存中读取,而不能把他放在cache或寄存器中重复使用。
如 volatile char a;
a=0;
while(!a){
//do some things;
}
doother();
如果没有 volatile 那么函数doother()不会被执行到。
当没有volatile,那么char a=0;那么程序将永远在while语句当中,一直是do somethings。只有有了volatile,那么虽然第一次赋值是0,但是 你要想到这是一个并行的,可能在while中的时候,a会突然改变,所以会到do
other()函数中。就像是单片机中的一个输入寄存器一样,它有地 址,可以命名成变量,但是它的值一直都在改变的,是不定的,所以叫volatile!
三.
#include<setjmp.h>
static jmp_buf buf;
main()
{
volatile int b;
b =3;
if(setjmp(buf)!=0)
{
printf("%d ", b);
exit(0);
}
b=5;
longjmp(buf , 1);
}
请问, 这段程序的输出是
(a) 3
(b) 5
(c) 0
(d) 以上均不是
答案是b
longjmp()用于恢复由最近一次调用setjmp()时保存到env的状态信息。当它执行完时,程序就象setjmp()刚刚执行完并返回非0值val那样继续执行。包含setjmp()宏调用的函数一定不能已经终止。所有可访问的对象的值都与调用longjmp()时相同,唯一的例外是,那些调用setjmp()宏的函数中的非volatile自动变量如果在调用setjmp()后有了改变,那么就变成未定义的。
例如:
volatile int i=10;
int j = i;
...
int k = i;
volatile 告诉编译器i是随时可能发生变化的,每次使用它的时候必须从i的地址中读取,因而编译器生成的可执行码会重新从i的地址读取数据放在k中。
而优化做法是,由于编译器发现两次从i读数据的代码之间的代码没有对i进行过操作,它会自动把上次读的数据放在k中。而不是重新从i里面读。这样以来,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,不会出错。
/**********************
一个定义为volatile的变量是说这变量可能会被意想不到地改变,这样,编译器就不会去假设这个变量的值了。精确地说就是,优化器在用到这个变量时必须每次都小心地重新读取这个变量的值,而不是使用保存在寄存器里的备份。下面是volatile变量的几个例子:
1) 并行设备的硬件寄存器(如:状态寄存器)
大家都知道,在硬件级别,如果寄存器值自动改变了,编译器是不会主动发现的。经过编译器的自动优化,我们读到的都是寄存器中存储的旧的状态寄存器的值, 而非最新的状态寄存器值。例如:
#define STATUS (*(volatile unsigned long *)0x56000010)
2) 一个中断服务子程序中会访问到的非自动变量(Non-automatic variables)
ISR:中断服务程序 (interrupt service routine)
所谓中断是指当CPU正在处理某件事情的时候,外部发生的某一事件(如一个电平的变化,一个脉冲沿的发生或定时器计数溢出等)请求CPU迅速去处理,于是CPU暂时中止当前的工作,转去处理所发生的事件。中断服务处理完该事件以后,再回到原来被中止的地方继续原来的工作。
3) 多线程应用中被几个任务共享的变量
线程修改共享变量var是不会通知编译器的。所以线程A坚持不懈地读着var在寄存器或者cache中的副本,读出来的内容是0, 但很可惜,线程B早就把var变量给修改为1了。鉴于此,我们必须加上volatile这个关键字来解决这个问题。
回答不出这个问题的人是不会被雇佣的。我认为这是区分C程序员和嵌入式系统程序员的最基本的问题。搞嵌入式的家伙们经常同硬件、中断、RTOS等等打交道,所有这些都要求用到volatile变量。不懂得volatile的内容将会带来灾难。假设被面试者正确地回答了这是问题(嗯,怀疑是否会是这样),我将稍微深究一下,看一下这家伙是不是直正懂得volatile完全的重要性。
1)一个参数既可以是const还可以是volatile吗?解释为什么。
2); 一个指针可以是volatile 吗?解释为什么。
3); 下面的函数有什么错误:
int square(volatile int *ptr)
{
return *ptr * *ptr;
}
下面是答案:
1)是的。一个例子是只读的状态寄存器。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); 是的。尽管这并不很常见。一个例子是当一个中服务子程序修该一个指向一个buffer的指针时。
3) 这段代码有点变态。这段代码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;
}
位操作(Bit manipulation)
//*********************
嵌入式编程中经常用到 volatile这个关键字,在网上查了下他的用法可以归结为以下两点:
一:告诉compiler不能做任何优化
比如要往某一地址送两指令:
int *ip =...; //设备地址
*ip = 1; //第一个指令
*ip = 2; //第二个指令
以上程序compiler可能做优化而成:
int *ip = ...;
*ip = 2;
结果第一个指令丢失。如果用volatile, compiler就不允许做任何的优化,从而保证程序的原意:
volatile int *ip = ...;
*ip = 1;
*ip = 2;
即使你要compiler做优化,它也不会把两次付值语句间化为一。它只能做其它的优化。这对device driver程序员很有用。
二:表示用volatile定义的变量会在程序外被改变,每次都必须从内存中读取,而不能把他放在cache或寄存器中重复使用。
如 volatile char a;
a=0;
while(!a){
//do some things;
}
doother();
如果没有 volatile 那么函数doother()不会被执行到。
当没有volatile,那么char a=0;那么程序将永远在while语句当中,一直是do somethings。只有有了volatile,那么虽然第一次赋值是0,但是 你要想到这是一个并行的,可能在while中的时候,a会突然改变,所以会到do
other()函数中。就像是单片机中的一个输入寄存器一样,它有地 址,可以命名成变量,但是它的值一直都在改变的,是不定的,所以叫volatile!
三.
#include<setjmp.h>
static jmp_buf buf;
main()
{
volatile int b;
b =3;
if(setjmp(buf)!=0)
{
printf("%d ", b);
exit(0);
}
b=5;
longjmp(buf , 1);
}
请问, 这段程序的输出是
(a) 3
(b) 5
(c) 0
(d) 以上均不是
答案是b
longjmp()用于恢复由最近一次调用setjmp()时保存到env的状态信息。当它执行完时,程序就象setjmp()刚刚执行完并返回非0值val那样继续执行。包含setjmp()宏调用的函数一定不能已经终止。所有可访问的对象的值都与调用longjmp()时相同,唯一的例外是,那些调用setjmp()宏的函数中的非volatile自动变量如果在调用setjmp()后有了改变,那么就变成未定义的。
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