一.前言
1.編譯器優(yōu)化介紹：
由于內存訪(fǎng)問(wèn)速度遠不及CPU處理速度，為提高機器整體性能，在硬件上引入硬件高速緩存Cache，加速對內存的訪(fǎng)問(wèn)。另外在現代CPU中指令的執行并不一定嚴格按照順序執行，沒(méi)有相關(guān)性的指令可以亂序執行，以充分利用CPU的指令流水線(xiàn)，提高執行速度。以上是硬件級別的優(yōu)化。再看軟件一級的優(yōu)化：一種是在編寫(xiě)代碼時(shí)由程序員優(yōu)化，另一種是由編譯器進(jìn)行優(yōu)化。編譯器優(yōu)化常用的方法有：將內存變量緩存到寄存器；調整指令順序充分利用CPU指令流水線(xiàn)，常見(jiàn)的是重新排序讀寫(xiě)指令。對常規內存進(jìn)行優(yōu)化的時(shí)候，這些優(yōu)化是透明的，而且效率很好。由編譯器優(yōu)化或者硬件重新排序引起的問(wèn)題的解決辦法是在從硬件（或者其他處理器）的角度看必須以特定順序執行的操作之間設置內存屏障（memory barrier），linux 提供了一個(gè)宏解決編譯器的執行順序問(wèn)題。
void Barrier(void)
這個(gè)函數通知編譯器插入一個(gè)內存屏障，但對硬件無(wú)效，編譯后的代碼會(huì )把當前CPU寄存器中的所有修改過(guò)的數值存入內存，需要這些數據的時(shí)候再重新從內存中讀出。
2.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)一步可以消除一些代碼。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。
二.volatile詳解：
1.volatile的本意是“易變的” 因為訪(fǎng)問(wèn)寄存器要比訪(fǎng)問(wèn)內存單元快的多,所以編譯器一般都會(huì )作減少存取內存的優(yōu)化，但有可能會(huì )讀臟數據。當要求使用volatile聲明變量值的時(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。精確地說(shuō)就是，遇到這個(gè)關(guān)鍵字聲明的變量，編譯器對訪(fǎng)問(wèn)該變量的代碼就不再進(jìn)行優(yōu)化，從而可以提供對特殊地址的穩定訪(fǎng)問(wèn)；如果不使用valatile，則編譯器將對所聲明的語(yǔ)句進(jìn)行優(yōu)化。（簡(jiǎn)潔的說(shuō)就是：volatile關(guān)鍵詞影響編譯器編譯的結果，用volatile聲明的變量表示該變量隨時(shí)可能發(fā)生變化，與該變量有關(guān)的運算，不要進(jìn)行編譯優(yōu)化，以免出錯）
2.看兩個(gè)事例：
1>告訴compiler不能做任何優(yōu)化
比如要往某一地址送兩指令：
int *ip =...; //設備地址
*ip = 1; //第一個(gè)指令
*ip = 2; //第二個(gè)指令
以上程序compiler可能做優(yōu)化而成：
int *ip = ...;
*ip = 2;
結果第一個(gè)指令丟失。如果用volatile, compiler就不允許做任何的優(yōu)化，從而保證程序的原意：
volatile int *ip = ...;
*ip = 1;
*ip = 2;
即使你要compiler做優(yōu)化，它也不會(huì )把兩次付值語(yǔ)句間化為一。它只能做其它的優(yōu)化。
2>用volatile定義的變量會(huì )在程序外被改變,每次都必須從內存中讀取，而不能重復使用放在cache或寄存器中的備份。
例如：
volatile char a;
a=0;
while(!a){
//do some things;
}
doother();
如果沒(méi)有 volatiledoother()不會(huì )被執行
3.下面是使用volatile變量的幾個(gè)場(chǎng)景：
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；
例如:
static 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函數中調用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。
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voliate，因為每次對它的讀寫(xiě)都可能有不同意義。
例如：
假設要對一個(gè)設備進(jìn)行初始化，此設備的某一個(gè)寄存器為0xff800000。
int *output = (unsigned int *)0xff800000;//定義一個(gè)IO端口；
int init(void)
{
int i;
for(i=0;i< 10;i++){
*output = i;
}
}
經(jīng)過(guò)編譯器優(yōu)化后，編譯器認為前面循環(huán)半天都是廢話(huà)，對最后的結果毫無(wú)影響，因為最終只是將output這個(gè)指針賦值為9，所以編譯器最后給你編譯編譯的代碼結果相當于：
int init(void)
{
*output = 9;
}
如果你對此外部設備進(jìn)行初始化的過(guò)程是必須是像上面代碼一樣順序的對其賦值，顯然優(yōu)化過(guò)程并不能達到目的。反之如果你不是對此端口反復寫(xiě)操作，而是反復讀操作，其結果是一樣的，編譯器在優(yōu)化后，也許你的代碼對此地址的讀操作只做了一次。然而從代碼角度看是沒(méi)有任何問(wèn)題的。這時(shí)候就該使用volatile通知編譯器這個(gè)變量是一個(gè)不穩定的，在遇到此變量時(shí)候不要優(yōu)化。
例如：
volatile int *output=(volatile unsigned int *)0xff800000;//定義一個(gè)I/O端口
另外，以上這幾種情況經(jīng)常還要同時(shí)考慮數據的完整性（相互關(guān)聯(lián)的幾個(gè)標志讀了一半被打斷了重寫(xiě)），在1中可以通過(guò)關(guān)中斷來(lái)實(shí)現，2中禁止任務(wù)調度，3中則只能依靠硬件的良好設計。
4.幾個(gè)問(wèn)題
1)一個(gè)參數既可以是const還可以是volatile嗎？
可以的，例如只讀的狀態(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) 一個(gè)指針可以是volatile 嗎？
可以，當一個(gè)中服務(wù)子程序修該一個(gè)指向一個(gè)buffer的指針時(shí)。
5.volatile的本質(zhì)：
1> 編譯器的優(yōu)化
在本次線(xiàn)程內, 當讀取一個(gè)變量時(shí)，為提高存取速度，編譯器優(yōu)化時(shí)有時(shí)會(huì )先把變量讀取到一個(gè)寄存器中；以后，再取變量值時(shí)，就直接從寄存器中取值；當變量值在本線(xiàn)程里改變時(shí)，會(huì )同時(shí)把變量的新值copy到該寄存器中，以便保持一致。
當變量在因別的線(xiàn)程等而改變了值，該寄存器的值不會(huì )相應改變，從而造成應用程序讀取的值和實(shí)際的變量值不一致。
當該寄存器在因別的線(xiàn)程等而改變了值，原變量的值不會(huì )改變，從而造成應用程序讀取的值和實(shí)際的變量值不一致。
2>volatile應該解釋為“直接存取原始內存地址”比較合適，“易變的”這種解釋簡(jiǎn)直有點(diǎn)誤導人。
6.下面的函數有什么錯誤：
int square(volatile int *ptr)
{
return *ptr * *ptr;
}
該程序的目的是用來(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;
}
注意：頻繁地使用volatile很可能會(huì )增加代碼尺寸和降低性能,因此要合理的使用volatile。
