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C語(yǔ)言中volatile關(guān)鍵字的深入講解

更新時(shí)間：2021年07月30日 11:24:22 作者：JeckXu666

在程序設(shè)計(jì)中，尤其是在C語(yǔ)言、C++、C#和Java語(yǔ)言中，使用volatile關(guān)鍵字聲明的變量或?qū)ο笸ǔ＞哂信c優(yōu)化、多線程相關(guān)的特殊屬性,這篇文章主要給大家介紹了關(guān)于C語(yǔ)言volatile關(guān)鍵字的相關(guān)資料,需要的朋友可以參考下

1. 什么是volatile關(guān)鍵字？

volatile用于聲明一個(gè)變量，告訴編譯器該變量值容易發(fā)生改變，在編譯、讀取、存儲(chǔ)該變量的時(shí)候都不要做任何優(yōu)化，因此編譯后的程序每次需要存儲(chǔ)或讀取這個(gè)變量的時(shí)候，都會(huì)直接從變量地址中讀取存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，不做優(yōu)化，在我們做嵌入式開發(fā)的時(shí)候，該關(guān)鍵字作用很大，因?yàn)橛袝r(shí)變量地址有可能是系統(tǒng)的一個(gè)外設(shè)地址，他的值的變化并不在程序控制范圍內(nèi)，隨時(shí)有可能變化，因此需要對(duì)他進(jìn)行聲明，每次讀取或者存儲(chǔ)直接對(duì)地址進(jìn)行操作，而不經(jīng)過其他中間商，下面我以一個(gè)例子來分析vilatile的作用：

2. GCC優(yōu)化等級(jí)

在看例子前先了解一下GCC的優(yōu)化概念，通常C語(yǔ)言的編譯器使用的是GCC編譯器，他有個(gè)以下幾個(gè)等級(jí)的優(yōu)化

-O0 ：(默認(rèn))：沒有優(yōu)化。
-O或-O1 ：優(yōu)化，但不要花費(fèi)太多的時(shí)間。
-O2 ：更積極地優(yōu)化
-O3 ：最積極地優(yōu)化
-Ofast ：最高級(jí)的優(yōu)化
-Os ：優(yōu)化代碼大小
-Og ：在盡量不干擾調(diào)試的情況下優(yōu)化

開啟不同的優(yōu)化等級(jí)，程序編譯后的結(jié)果就會(huì)發(fā)生一定的變化，而volatile就是在開啟優(yōu)化的情況下使用，保護(hù)變量不被優(yōu)化

3.volatile聲明變量測(cè)試

我們先寫一段c程序

#include <stdio.h>
int main(void)
{
    volatile int i=0;
    i=1;
    i=2;
    i=3;
    printf("%d",i);
    return 0;
}

程序創(chuàng)建一個(gè)變量i，對(duì)i進(jìn)行三次賦值，使用-O默認(rèn)優(yōu)化等級(jí)對(duì)代碼進(jìn)行編譯，查看匯編結(jié)果，我們可以看到優(yōu)化后，i=1和i=2被優(yōu)化，沒有生成之間匯編代碼，直接取最后的值尋址賦值給i

當(dāng)我們使用Volatile聲明變量后

#include <stdio.h>
int main(void)
{
    volatile int i=0;
    i=1;
    i=2;
    i=3;
    printf("%d",i);
    return 0;
}

編譯如下，可以看到變量i的每一個(gè)賦值都生成了匯編代碼，沒有被優(yōu)化，每次賦值都重新尋址賦值

當(dāng)我們使用volatile對(duì)一個(gè)映射到外部寄存器的地址進(jìn)行聲明后，如果像上面連續(xù)賦值來傳數(shù)據(jù)給外部寄存器，使用volatile聲明就可以保護(hù)指令不會(huì)被優(yōu)化，程序?qū)崿F(xiàn)正常功能，當(dāng)然除了用于對(duì)寄存器的保護(hù)外，volatile有時(shí)也使用在多線程間共享變量的保護(hù)，如果不注意，編譯器會(huì)認(rèn)為變量只在當(dāng)前函數(shù)使用而進(jìn)行優(yōu)化，在其他任務(wù)中進(jìn)行的改變就變的無效；如果中斷中改變一個(gè)狀態(tài)變量給其他函數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，如果沒有加volatile進(jìn)行聲明，也可以會(huì)因?yàn)榫幾g器的優(yōu)化而無效，所以大家在以上三種情況下使用變量時(shí)可以結(jié)合編譯器的優(yōu)化等級(jí)考慮一下，是不是需要將變量聲明一下volatile關(guān)鍵字?。。?br />