探讨C语言中关键字volatile的含义

volatile 的意思是“易失的，易改变的”。这个限定词的含义是向编译器指明变量的内容可能会由于其他程序的修改而变化。通常在程序中申明了一个变量时，编译器会尽量把它存放在通用寄存器中，例如ebx。当CPU把其值放到ebx中后就不会再关心对应内存中的值。若此时其他程序（例如内核程序或一个中断）修改了内存中它的值，ebx中的值并不会随之更新。为了解决这种情况就创建了volatile限定词，让代码在引用该变量时一定要从指定位置取得其值。

关键字volatile有什么含意?并给出三个不同的例子。 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。嵌入式系统程序员经常同硬件、中断、RTOS等等打交道，所用这些都要求volatile变量。不懂得volatile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，怀疑这否会是这样），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). 这段代码的有个恶作剧。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：


代码如下:

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：


代码如下:

long square(volatile int *ptr)
{
int a;
a = *ptr;
return a * a; }

volatile的本意是“易变的”  
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。比如：


代码如下:

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中断产生时，在main当中调用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）。此例中i也应该如此说明。
一般说来，volatile用在如下的几个地方：
1、中断服务程序中修改的供其它程序检测的变量需要加volatile；
2、多任务环境下各任务间共享的标志应该加volatile；
3、存储器映射的硬件寄存器通常也要加volatile说明，因为每次对它的读写都可能由不同意义；
另外，以上这几种情况经常还要同时考虑数据的完整性（相互关联的几个标志读了一半被打断了重写），在1中可以通过关中断来实
现，2中可以禁止任务调度，3中则只能依靠硬件的良好设计了。
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指针类型也是一种变量,所以也是可以用volatile来修饰的.
volatile关键字是一种类型修饰符，用它声明的类型变量表示可以被某些编译器未知的因素更改，比如
操作系统、硬件或者其它线程等。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。
使用该关键字的例子如下：
int   volatile   nVint;
当要求使用volatile   声明的变量的值的时候，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。而且读取的数据立刻被保存。
例如：
volatile   int   i=10;
int   a   =   i;
。。。//其他代码，并未明确告诉编译器，对i进行过操作
int   b   =   i;
volatile   指出   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
汇编代码会重新从i的地址读取数据放在b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b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。
注意，在vc6中，一般调试模式没有进行代码优化，所以这个关键字的作用看不出来。下面通过插入汇编
代码，测试有无volatile关键字，对程序最终代码的影响：
首先用classwizard建一个win32   console工程，插入一个voltest.cpp文件，输入下面的代码：


代码如下:

#include   <stdio.h>
void   main()
{
  int   i=10;
  int   a   =   i;
  printf( "i=   %d\n ",a);
                //下面汇编语句的作用就是改变内存中i的值，但是又不让编译器知道
  __asm   {
    mov                   dword   ptr   [ebp-4],   20h
  }
  int   b   =   i;
  printf( "i=   %d\n ",b);
}

然后，在调试版本模式运行程序，输出结果如下：


代码如下:

i   =   10
i   =   32

然后，在release版本模式运行程序，输出结果如下：


代码如下:

i   =   10
i   =   10

输出的结果明显表明，release模式下，编译器对代码进行了优化，第二次没有输出正确的i值。
下面，我们把   i的声明加上volatile关键字，看看有什么变化：


代码如下:

#include   <stdio.h>
void   main()
{
  volatile   int   i=10;
  int   a   =   i;
  printf( "i=   %d\n ",a);
  __asm   {
    mov                   dword   ptr   [ebp-4],   20h
  }
  int   b   =   i;
  printf( "i=   %d\n ",b);
}

分别在调试版本和release版本运行程序，输出都是：


代码如下:

i   =   10
i   =   32

这说明这个关键字发挥了它的作用！