volatile为什么要修饰中断里的变量

「爱情、让人受尽委屈。」 2023-06-30 10:58 5阅读 0赞

共有四种情况：

就下面这三种情况，还有利用for循环去延时的程序防止被优化（编译器认为for循环没用而优化掉），没有其它了，如果是这几种，那就干脆直接用volatile修饰：

一个是防止变量在其它地方被改变，而cash里没有改变，所以要求每次都要读取内存。

一个是防止编译器优化，编译器感觉你这个变量不会有变化，但是实际在其它线程或硬件会改变它，所以要每次从内存读，你编译器就不要优化。  
所以记住两句话：volatile大体两个作用：1防止编译器优化，编译器判断你的变量在某一段内没有变化。2.你别的地方，如中断，其它线程，并行的硬件把变量改了，比如从0加到1，但是我不知道，我读出来的还是0，为什么，因为我从cache里读的。这两个区别一个是编译阶段一个是执行阶段（这句话总结的不错）。其实记住两个例子最好，一个for延时程序，一个是我曾经遇到的bug，中断把一个全局变量改了，但是中断执行后我去读这个变量发现没有该。

1) 并行设备的硬件寄存器（如：状态寄存器）   
2) 一个中断服务子程序中会访问到的非自动变量(Non-automatic variables)  
3) 多线程应用中被几个任务共享的变量

4）防止被编译器优化，入for循环延时程序。

包括for循环和下面的：

用volatile关键字防止变量被编译器优化

volatile 是在C ，C++,Java等中语言中的一种修饰关键字。  
这个关键字在嵌入式系统中，是一个非常重要的一个使用。尽管在一般的Application中，可能很多人都不需要使用这个。但是在单片机中，如果不熟悉这个关键字，很有可能产生想像不到的意外。  
那么，我就来谈谈Volatile的意义--  
volatile在ANSI C(C89)以后的C标准规格和const一起被包含在内。在标准C中，这些关键字是必定存在的。  
关于volatile的意义，根据标准C的定义、  
    volatile的目的是，避免进行默认的优化处理．比如说对于编译器优化的功能，如果从编译器看来，有些多余的代码的话，编译器就会启动优化程序，并删除一些代码，但是这在嵌入式系统中很有可能是关键性的处理，必须不能保证被编译器删掉，所以提供了Volitile来声明，告诉编译器无论如何都不要删掉我。  
举个例子--  
■比如说下面条件的一段代码  
extern int event\_flag  
void poll\_event()  
\{  
while (event\_flag == 0) \{  
    /\* 不操作event\_flag \*/  
    ....  
\}  
....  
\}  
我们不再循环中改变这里的event\_flag的值，这样的话，event\_flag 看起来就像是多余的，因此单片机编译器可能把此程序看为下段程序  
void poll\_event()  
\{  
if (event\_flag == 0) \{  
    while (1) \{  
      /\* 不对event\_flag操作 \*/  
    ....  
    \}  
\}  
....  
\}  
对于一般的编译器，一般都会把程序优化成上述程序。优化while循环使其不必每次判断条件这样的优化确实可以提高代码速度，比如while循环中不再需要对条件的判断，所以很快，但是这是正确的吗？对于单线程的程序，这是没有问题的，因为event\_flag 就永远不会改变，但是对于多线程程序，RTOS的多任务处理的话，event\_flag 的值可能被其他线程改变，这样问题就来了，因为被优化的代码并不具备对用event\_flag 变化的能力。因此导致错误的意想不到的结果，如果此代码在ECU上执行的话，那我们的小命可就有可能没了。。。。为了避免这种情况，我们使用volatile关键字来防止程序被编译器优化。具体的使用方法，我们用下面的程序来说明’extern volatile int event\_flag这样声明event\_flag全局变量的话，就不用担心event\_flag 被优化掉，程序将按照设计来运行。■还有一个例子对于条件分歧以外，还有一下的例子extern int\* p\_regster1;extern int\* p\_regster2;void set\_regester2(int val)\{/\*在单片机中，必须进行的设定\*/\*p\_register1 = 1;\*p\_register2 = 0;\*p\_register2 = val;\*p\_register1 = 0;\}您可能看到p\_register1 被赋值两次，还有p\_register2也是，编译器认为，你怎么这么笨，定义两次，于是就把成程序优化为下面void set\_regester2(int val)\{\*p\_register2 = val;\*p\_register1 = 0;\}这样的话，我们所规定的程序没有办法设置，可能导致一些想不到的问题。为了回避这个问题，我们必须用Volitile来避免这个问题extern volitile int\* p\_regster1;extern volitile int\* p\_regster2;现在单片机的编译器越来越先进，在很多地方，我们不再需要直接写汇编代码，但是在如果对编译器的优化程序没有深刻的理解，像上面的问题，就很危险，因为嵌入式工作在无人的环境中，因此对于编译器的理解，还有要需要一定程序的学习。最后希望您能通过本文了解Volitile的基本使用。 如果有什么错误的地方，恳请您的指出。

=====  
先来个总的介绍：  
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）   
2) 一个中断服务子程序中会访问到的非自动变量(Non-automatic variables)  
3) 多线程应用中被几个任务共享的变量   
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）   
   
   
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中断和不同线程里的情况是这样：  
如果中断和中断外用的用一个变量a，就算名字都是a，而不是中断里b=a；中断外c=a；（不过都是访问a的值）  
如果a在中断里被改变，比如被加1，中断退出后再访问这个值，那访问的很可能是a备份在寄存器里的值，而不是直接去访问a在内存里的值。  
   
总的来说三种情况，都是在访问a值的时候会出问题。  
记住这句，就是在访问a的时候（把a赋值给其他变量或直接使用a）是访问a保存在寄存器里的值，还是a在内存里的值。用volatile修饰就是访问a在内存的值。如果a有可能被中断或不同线程，或硬件改动，那就要用volatile修饰。  如果a只是同一线程的一个普通变量则没必要用volatile修饰。  
   
就下面这三种情况，还有利用for循环去延时的程序，没有其它了，如果是这几种，那就干脆直接用volatile修饰：  
1) 并行设备的硬件寄存器（如：状态寄存器）   
2) 一个中断服务子程序中会访问到的非自动变量(Non-automatic variables)  
3) 多线程应用中被几个任务共享的变量   
   
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for循环为什么也要用volatile修饰变量i；  
for (i = 0 ;i < 1000 ; i++ )  
\{  
 a++;   
\}  
   前面说到O2态猛了，猛在什么地方呢？猜都能猜的出来，首先test函数它不敢省略掉。但for循环却可以被优化改成 a+= 1000;。那么我们在O2是，能否不让这个 for 循环被优化掉呢？哈，前面不是刚说过volatile吗？你在 int a；前面加上volatile关键词，告诉编译器，这个a你可别乱动，指不定别的线程会随时调用读取或修改，所以你老实的给我for循环。  
   
所以实际是利用了volatile告诉编译器，a在a++的过程中可能会被改变，所以，让编译器老老实实的去一个个的加。不让编译器去优化。并不是加了a，a就要每次去读内存的值，目的不是这个，因为a确实没有在其它线程或异步或被硬件改动。这里只是防止编译器优化，而a每次去读内存其实时间还多了。  
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