volatile关键字的作用:防止变量被编译器优化

    volatile关键字是一种类型修饰符,用它声明的类型变量,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。 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。

    其中关键在于两个地方:     
     
    1. 编译器的优化

    在本次线程内, 当读取一个变量时,为提高存取速度,编译器优化时有时会先把变量读取到一个寄存器中;以后,再取变量值时,就直接从寄存器中取值;

    当变量值在本线程里改变时,会同时把变量的新值copy到该寄存器中,以便保持一致

    当变量在因别的线程等而改变了值,该寄存器的值不会相应改变,从而造成应用程序读取的值和实际的变量值不一致

    当该寄存器在因别的线程等而改变了值,原变量的值不会改变,从而造成应用程序读取的值和实际的变量值不一致 

    2. 在什么情况下会用到



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

     

    再附一篇写得不错的介绍文章:

    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。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。

    来源:用volatile关键字防止变量被编译器优化



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