原创 volatile的用法

C 关键字 volatile

关键词： 关键字    volatile                                          

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。

××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××

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：
    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;
     }

= = = = = = = = = = = = = = = = 实例讲解= = = = = = = = = = = = = = =

volatile的本意是一般有两种说法--1.“暂态的”；2.“易变的”。
这两种说法都有可行。但是究竟volatile是什么意思，现举例说明（以Keil-c与a51为例
例子来自Keil FQA）,看完例子后你应该明白volatile的意思了，如果还不明白，那只好
再看一遍了。


例1.

void main (void)
{
volatile int i;
int j;

i = 1;  //1  不被优化 i="1"
i = 2;  //2  不被优化 i="1"
i = 3;  //3  不被优化 i="1"

j = 1;  //4  被优化
j = 2;  //5  被优化
j = 3;  //6  j = 3
}
---------------------------------------------------------------------
例2.

函数：

void func (void)
{
unsigned char xdata xdata_junk;
unsigned char xdata *p = &xdata_junk;
unsigned char t1, t2;

t1 = *p;
t2 = *p;
}

编译的汇编为：

0000 7E00    R     MOV     R6,#HIGH xdata_junk
0002 7F00    R     MOV     R7,#LOW xdata_junk
;---- Variable 'p' assigned to Register 'R6/R7' ----

0004 8F82          MOV     DPL,R7
0006 8E83          MOV     DPH,R6

;!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 注意
0008 E0            MOVX    A,@DPTR
0009 F500    R     MOV     t1,A

000B F500    R     MOV     t2,A
;!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
000D 22            RET     

将函数变为：
void func (void)
{
volatile unsigned char xdata xdata_junk;
volatile unsigned char xdata *p = &xdata_junk;
unsigned char t1, t2;

t1 = *p;
t2 = *p;
}

编译的汇编为：
0000 7E00    R     MOV     R6,#HIGH xdata_junk
0002 7F00    R     MOV     R7,#LOW xdata_junk
;---- Variable 'p' assigned to Register 'R6/R7' ----

0004 8F82          MOV     DPL,R7
0006 8E83          MOV     DPH,R6

;!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
0008 E0            MOVX    A,@DPTR
0009 F500    R     MOV     t1,A        a处

000B E0            MOVX    A,@DPTR
000C F500    R     MOV     t2,A
;!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

000E 22            RET     


比较结果可以看出来，未用volatile关键字时，只从*p所指的地址读一次
如在a处*p的内容有变化，则t2得到的则不是真正*p的内容。

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例3


volatile unsigned char bdata var;  // use volatile keyword here
sbit var_0 = var^0;
sbit var_1 = var^1;
unsigned char xdata values[10];

void main (void)  {
  unsigned char i;

  for (i = 0; i < sizeof (values); i++)  {
    var = values;
    if (var_0)  {
      var_1 = 1; //a处
       
      values = var;  // without the volatile keyword, the compiler
                        // assumes that 'var' is unmodified and does not
                        // reload the variable content.
    }
  }
}


在此例中，如在a处到下一句运行前，var如有变化则不会，如var=0xff; 则在
values = var;得到的还是values = 1;

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应用举例：

例1.
#define DBYTE ((unsigned char volatile data  *) 0)

说明：此处不用volatile关键字，可能得不到真正的内容。
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例2.


#define TEST_VOLATILE_C

//***************************************************************
// verwendete Include Dateien
//***************************************************************
#if __C51__ < 600
  #error: !! Keil 版本不正确
#endif

//***************************************************************
// 函数 void v_IntOccured(void)
//***************************************************************
extern void v_IntOccured(void);

//***************************************************************
// 变量定义
//***************************************************************
char xdata cvalue1;          //全局xdata
char volatile xdata cvalue2; //全局xdata

//***************************************************************
// 函数： v_ExtInt0()
// 版本：
// 参数：
// 用途：cvalue1++,cvalue2++
//***************************************************************
void v_ExtInt0(void) interrupt 0 {
  cvalue1++;
  cvalue2++;
}

//***************************************************************
// 函数： main()
// 版本：
// 参数：
// 用途：测试volatile
//***************************************************************

void main() {
char cErg;

//1. 使cErg=cvalue1;
cErg = cvalue1;

//2. 在此处仿真时手动产生中断INT0,使cvalue1++; cvalue2++
if (cvalue1 != cErg)
  v_IntOccured();

//3. 使cErg=cvalue2;
cErg = cvalue2;

//4. 在此处仿真时手动产生中断INT0,使cvalue1++; cvalue2++
if (cvalue2 != cErg)
  v_IntOccured();
  
//5. 完成
  while (1);
}

//***************************************************************
// 函数： v_IntOccured()
// 版本：
// 参数：
// 用途： 死循环
//***************************************************************
void v_IntOccured() {
  while(1);
}


仿真可以看出，在没有用volatile时，即2处，程序不能进入v_IntOccured();
但在4处可以进入v_IntOccured();