volatile關(guān)鍵字 volatile關(guān)鍵字
************************定義*******************************
volatile總是與優(yōu)化有關(guān)，編譯器有一種技術(shù)叫做數據流分析，分析程序中的變量在哪里賦值、在哪里使用、在哪里失效，分析結果可以用于常量合并，常量傳播等優(yōu)化，進(jìn)一步可以死代碼消除。但有時(shí)這些優(yōu)化不是程序所需要的，這時(shí)可以用volatile關(guān)鍵字禁止做這些優(yōu)化，volatile的字面含義是易變的，它有下面的作用：
1 不會(huì )在兩個(gè)操作之間把volatile變量緩存在寄存器中。在多任務(wù)、中斷、甚至setjmp環(huán)境下，變量可能被其他的程序改變，編譯器 自己無(wú)法知道，volatile就是告訴編譯器這種情況。
2 不做常量合并、常量傳播等優(yōu)化，所以像下面的代碼：
volatile int i = 1;
if (i > 0) ...
if的條件不會(huì )當作無(wú)條件真。 意思i可能被其它程序所改變
3 對volatile變量的讀寫(xiě)不會(huì )被優(yōu)化掉。如果你對一個(gè)變量賦值但后面沒(méi)用到，編譯器常?？梢允÷阅莻€(gè)賦值操作，然而對Memory Mapped IO的處理是不能這樣優(yōu)化的。
4、volatile變量能防止優(yōu)化,比如說(shuō)你在某個(gè)地方可能連續調用了好幾次這個(gè)函數，于是編譯器優(yōu)化后，可能就調用一次，其他幾次就采用這一次調用的返回值，而volatile修飾后，要讓每一次都進(jìn)行函數調用， 而不采用暫存值。
有人說(shuō)volatile可以保證對內存操作的原子性，這種說(shuō)法不大準確，其一，x86需要LOCK前綴才能在SMP下保證原子性，其二，RISC根本不能對內存直接運算，要保證原子性得用別的方法，如atomic_inc。
對于jiffies，它已經(jīng)聲明為volatile變量，我認為直接用jiffies++就可以了，沒(méi)必要用那種復雜的形式，因為那樣也不能保證原子性。
你可能不知道在Pentium及后續CPU中，下面兩組指令
inc jiffies
;;
mov jiffies, %eax
inc %eax
mov %eax, jiffies
作用相同，但一條指令反而不如三條指令快。
一般這個(gè)修飾符用來(lái)告知編譯器，被修飾的變量是個(gè)“易變的”變量(volatile的本意是“易變的”),防止編譯器進(jìn)行優(yōu)化。將變量加上volatile修飾，則編譯器保證對此變量的讀寫(xiě)操作都不會(huì )被優(yōu)化。從而可以提供對特殊地址的穩定訪(fǎng)問(wèn)。
1、中斷服務(wù)程序中修改的供其它程序檢測的變量需要加volatile；
2、多任務(wù)環(huán)境下各任務(wù)間共享的標志應該加volatile；
3、存儲器映射的硬件寄存器通常也要加volatile說(shuō)明，因為每次對它的讀寫(xiě)都可能由不同意義
使用該關(guān)鍵字的例子如下：
int volatile nVint;
當要求使用volatile 聲明的變量的值的時(shí)候，系統總是重新從它所在的內存讀取數據，即使它前面的指令剛剛從該處讀取過(guò)數據。而且讀取的數據立刻被保存。
例如：
volatile int i=10;
int a = i;
...
//其他代碼，并未明確告訴編譯器，對i進(jìn)行過(guò)操作
int b = i;
volatile 指出 i是隨時(shí)可能發(fā)生變化的，每次使用它的時(shí)候必須從i的地址中讀取，因而編譯器生成的匯編代碼會(huì )重新從i的地址讀取數據放在b中。而優(yōu)化做法是，由于編譯器發(fā)現兩次從i讀數據的代碼之間的代碼沒(méi)有對i進(jìn)行過(guò)操作，它會(huì )自動(dòng)把上次讀的數據放在b中。而不是重新從i里面讀。這樣以來(lái)，如果i是一個(gè)寄存器變量或者表示一個(gè)端口數據就容易出錯，所以說(shuō)volatile可以保證對特殊地址的穩定訪(fǎng)問(wèn)。
************************典型問(wèn)題*******************************
關(guān)鍵字volatile有什么含意?并給出三個(gè)不同的例子。
一個(gè)定義為volatile的變量是說(shuō)這變量可能會(huì )被意想不到地改變，這樣，編譯器就不會(huì )去假設這個(gè)變量的值了。精確地說(shuō)就是，優(yōu)化器在用到這個(gè)變量時(shí)必須每次都小心地重新讀取這個(gè)變量的值，而不是使用保存在寄存器里的備份。下面是volatile變量的幾個(gè)例子：
1). 并行設備的硬件寄存器（如：狀態(tài)寄存器）
2). 一個(gè)中斷服務(wù)子程序中會(huì )訪(fǎng)問(wèn)到的非自動(dòng)變量(Non-automatic variables)
3). 多線(xiàn)程應用中被幾個(gè)任務(wù)共享的變量
回答不出這個(gè)問(wèn)題的人是不會(huì )被雇傭的。我認為這是區分C程序員和嵌入式系統程序員的最基本的問(wèn)題。嵌入式系統程序員經(jīng)常同硬件、中斷、RTOS等等打交道，所用這些都要求volatile變量。不懂得volatile內容將會(huì )帶來(lái)災難。
假設被面試者正確地回答了這是問(wèn)題（嗯，懷疑這否會(huì )是這樣），我將稍微深究一下，看一下這家伙是不是直正懂得volatile完全的重要性。
1). 一個(gè)參數既可以是const還可以是volatile嗎？解釋為什么。
2). 一個(gè)指針可以是volatile 嗎？解釋為什么。
3). 下面的函數有什么錯誤：
int square(volatile int *ptr)
{
return *ptr * *ptr;
}
下面是答案：
1). 是的。一個(gè)例子是只讀的狀態(tài)寄存器。它是volatile因為它可能被意想不到地改變。它是const因為程序不應該試圖去修改它。
2). 是的。盡管這并不很常見(jiàn)。一個(gè)例子是當一個(gè)中服務(wù)子程序修改一個(gè)指向一個(gè)buffer的指針時(shí)。
3). 這段代碼的有個(gè)惡作劇。這段代碼的目的是用來(lái)返指針*ptr指向值的平方，但是，由于*ptr指向一個(gè)volatile型參數，編譯器將產(chǎn)生類(lèi)似下面的代碼：
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該變，因此a和b可能是不同的。結果，這段代碼可能返回不是你所期望的平方值！正確的代碼如下：
long square(volatile int *ptr)
{
int a;
a = *ptr;
return a * a;
}
************************補充*******************************
volatile的本意是“易變的” 由于訪(fǎng)問(wèn)寄存器的速度要快過(guò)RAM，所以編譯器一般都會(huì )作減少存取外部RAM的優(yōu)化。比如：
static int i=0; //應該為static volatile int i=0;
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中斷產(chǎn)生時(shí)，在main當中調用dosomething函數，但是，由于編譯器判斷在main函數里面沒(méi)有修改過(guò)i，因此可能只執行一次對從i到某寄存器的讀操作，然后每次if判斷都只使用這個(gè)寄存器里面的“i副本”，導致dosomething永遠也不會(huì )被調用。
如果將將變量加上volatile修飾，則編譯器保證對此變量的讀寫(xiě)操作都不會(huì )被優(yōu)化（肯定執行）。此例中i也應該如此說(shuō)明。
volatile表示變量的內容可能在程序未知的情況下被改變
比如，它對應的內存地址的內容被中斷函數，或者其他的進(jìn)程所改變
這種類(lèi)型的變量，程序執行的時(shí)候不會(huì )放到cache當中預取，而是每次用到的時(shí)候直接取得
比如，你在c中間寫(xiě)這樣的程序
for (int i=0; i <100000;i++);
空循環(huán)，什么也不做
這個(gè)東西就會(huì )被優(yōu)化調，如果在int前面加入這個(gè)標記則不會(huì )被優(yōu)化的，因為i每次的變化不一定++也許在循環(huán)中間被別的程序所改變
在linux的source code（linux/mm/memory.c)中有這樣兩句:
volatile void do_exit(long code);
static inline volatile void oom(void)
{
printk("out of memory\n\r");
do_exit(SIGSEGV);
volatile修飾的確實(shí)是一個(gè)變量，而且是一個(gè)“容易變”的變量。在每次取這個(gè)變量值的時(shí)候，要求不是取它上次在某個(gè)時(shí)候取的臨時(shí)緩存變量（比如說(shuō)暫存在某個(gè)寄存器中），而是直接到內存中取。
volatile變量能防止優(yōu)化,比如說(shuō)你在某個(gè)地方可能連續調用了好幾次這個(gè)函數，于是編譯器優(yōu)化后，可能就調用一次，其他幾次就采用這一次調用的返回值，而volatile修飾后，要讓每一次都進(jìn)行函數調用， 而不采用暫存值。
volatile修飾不返回函數，比如函數體里面有exit或者死循環(huán)之類(lèi)的東西。這樣該函數被調用的時(shí)候不用把返回地址壓入堆棧，（當然還可能有其他），代碼得到優(yōu)化。這個(gè)是 GCC 的擴展
volatile在嵌入式里使用較多。有時(shí)硬件動(dòng)作會(huì )影響某存儲空間的內容，對這些變量，必須加volatile修飾。
編譯器的優(yōu)化可以把本來(lái)在內存中進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)的數據裝入（緩存）到寄存器中以提高訪(fǎng)問(wèn)效率。然而這種優(yōu)化在一些情況下可帶來(lái)問(wèn)題；此時(shí)，應該用 volatile 告訴編譯器不要進(jìn)行這種優(yōu)化以避免問(wèn)題的出現。
每次操作前從內存取值
有volatie修飾的變量，每次操作時(shí)遵循下面動(dòng)作：
從內存取值 ---> 放入寄存器 ---> 操作 --->寫(xiě)回內存
沒(méi)有volatie修飾的變量，操作可能遵循（可能就是不是所有情況都如此）：
從內存取值 ---> 放入寄存器 ---> 第一次操作 ---> 第二次操作（此時(shí)仍操作寄存器中的值） …… --->第N次操作 --->寫(xiě)回內存
舉個(gè)例子論述兩者關(guān)系：
int volatie i; //全局變量，在其它地方會(huì )被修改
while (i){
do_somethings();
}
如果i沒(méi)有被volatie修飾，當while循環(huán)執行時(shí)，另一段程序并發(fā)的執行了i=0，這個(gè)循環(huán)仍不會(huì )退出，因為每次循環(huán)都是檢查寄存器中的值。
如果有volatie修飾，那么循環(huán)結束，因為循環(huán)每次檢查i的時(shí)候，會(huì )先從內存把i讀入寄存器，這個(gè)時(shí)候i在其它地方被賦0，則循環(huán)結束。
關(guān)于 volatile 我覺(jué)得這樣的解析最容易理解：
如果編譯器在代碼中發(fā)現對同一地址的兩次訪(fǎng)問(wèn)之間，沒(méi)有對該地址進(jìn)行寫(xiě)操作，那么編譯器將優(yōu)化為第一次尋址讀該地址時(shí)取得的值作為第二次尋址的值，而并不是再做第二次物理上的 I/O 尋址操作。volatile 關(guān)鍵字指示編譯器進(jìn)行強制 I/O 尋址，因為編譯器那樣的優(yōu)化，可能并不是我們真正期望的，譬如那個(gè)地址上連接著(zhù)一個(gè)傳感器上的寄存器，那么實(shí)際上，可能該寄存器的值是被傳感器自身不斷刷新的。因此，我們必要要求CPU每次都進(jìn)行 I/O 操作。
volatile 跟以前的 register 相反. register 告訴編譯器盡量將變量放到寄存器中使用, 而volatile 強制將更改后的值寫(xiě)回內存(無(wú)論是cache還是內存). 如果不寫(xiě)回內存, 對于一些全局共享的變量, 可能導致不一致問(wèn)題.
