volatile提醒編譯器它后面所定義的變量隨時(shí)都有可能改變，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數(shù)據(jù)。如果沒有volatile關(guān)鍵字，則編譯器可能優(yōu)化讀取和存儲(chǔ)，可能暫時(shí)使用寄存器中的值，如果這個(gè)變量由別的程序更新了的話，將出現(xiàn)不一致的現(xiàn)象。下面舉例說(shuō)明。在DSP開發(fā)中，經(jīng)常需要等待某個(gè)事件的觸發(fā)，所以經(jīng)常會(huì)寫出這樣的程序：

short flag;
void test()
{
do1();
while(flag==0);
do2();
}

    這段程序等待內(nèi)存變量flag的值變?yōu)?(懷疑此處是0,有點(diǎn)疑問(wèn),)之后才運(yùn)行do2()。變量flag的值由別的程序更改，這個(gè)程序可能是某個(gè)硬件中斷服務(wù)程序。例如：如果某個(gè)按鈕按下的話，就會(huì)對(duì)DSP產(chǎn)生中斷，在按鍵中斷程序中修改flag為1，這樣上面的程序就能夠得以繼續(xù)運(yùn)行。但是，編譯器并不知道flag的值會(huì)被別的程序修改，因此在它進(jìn)行優(yōu)化的時(shí)候，可能會(huì)把flag的值先讀入某個(gè)寄存器，然后等待那個(gè)寄存器變?yōu)?。如果不幸進(jìn)行了這樣的優(yōu)化，那么while循環(huán)就變成了死循環(huán)，因?yàn)榧拇嫫鞯膬?nèi)容不可能被中斷服務(wù)程序修改。為了讓程序每次都讀取真正flag變量的值，就需要定義為如下形式：

volatile short flag;

    需要注意的是，沒有volatile也可能能正常運(yùn)行，但是可能修改了編譯器的優(yōu)化級(jí)別之后就又不能正常運(yùn)行了。因此經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)debug版本正常，但是release版本卻不能正常的問(wèn)題。所以為了安全起見，只要是等待別的程序修改某個(gè)變量的話，就加上volatile關(guān)鍵字。

volatile的本意是“易變的”
      由于訪問(wèn)寄存器的速度要快過(guò)RAM，所以編譯器一般都會(huì)作減少存取外部RAM的優(yōu)化。比如：

static int i=0;
int main(void)
{
...
while (1)
{
if (i) do_something();
}
}
/* Interrupt service routine. */
void ISR_2(void)
{
i=1;
}

    程序的本意是希望ISR_2中斷產(chǎn)生時(shí)，在main當(dāng)中調(diào)用do_something函數(shù)，但是，由于編譯器判斷在main函數(shù)里面沒有修改過(guò)i，因此可能只執(zhí)行一次對(duì)從i到某寄存器的讀操作，然后每次if判斷都只使用這個(gè)寄存器里面的“i副本”，導(dǎo)致do_something永遠(yuǎn)也不會(huì)被調(diào)用。如果變量加上volatile修飾，則編譯器保證對(duì)此變量的讀寫操作都不會(huì)被優(yōu)化（肯定執(zhí)行）。此例中i也應(yīng)該如此說(shuō)明。
    一般說(shuō)來(lái)，volatile用在如下的幾個(gè)地方：
1、中斷服務(wù)程序中修改的供其它程序檢測(cè)的變量需要加volatile；
2、多任務(wù)環(huán)境下各任務(wù)間共享的標(biāo)志應(yīng)該加volatile；
3、存儲(chǔ)器映射的硬件寄存器通常也要加volatile說(shuō)明，因?yàn)槊看螌?duì)它的讀寫都可能由不同意義；
另外，以上這幾種情況經(jīng)常還要同時(shí)考慮數(shù)據(jù)的完整性（相互關(guān)聯(lián)的幾個(gè)標(biāo)志讀了一半被打斷了重寫），在1中可以通過(guò)關(guān)中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)，2中可以禁止任務(wù)調(diào)度，3中則只能依靠硬件的良好設(shè)計(jì)了。
volatile 的深層次含義
     volatile總是與優(yōu)化有關(guān)，編譯器有一種技術(shù)叫做數(shù)據(jù)流分析，分析程序中的變量在哪里賦值、在哪里使用、在哪里失效，分析結(jié)果可以用于常量合并，常量傳播等優(yōu)化，進(jìn)一步可以死代碼消除。但有時(shí)這些優(yōu)化不是程序所需要的，這時(shí)可以用volatile關(guān)鍵字禁止做這些優(yōu)化，volatile的字面含義是易變的，它有下面的作用： 

1. 不會(huì)在兩個(gè)操作之間把volatile變量緩存在寄存器中。在多任務(wù)、中斷、甚至setjmp環(huán)境下，變量可能被其他的程序改變，編譯器自己無(wú)法知道，volatile就是告訴編譯器這種情況。
2. 不做常量合并、常量傳播等優(yōu)化，所以像下面的代碼：

volatile int i = 1;
if (i > 0) ...

if的條件不會(huì)當(dāng)作無(wú)條件真。

• 對(duì)volatile變量的讀寫不會(huì)被優(yōu)化掉。如果你對(duì)一個(gè)變量賦值但后面沒用到，編譯器常常可以省略那個(gè)賦值操作，然而對(duì)Memory Mapped IO的處理是不能這樣優(yōu)化的。 

 前面有人說(shuō)volatile可以保證對(duì)內(nèi)存操作的原子性，這種說(shuō)法不大準(zhǔn)確，其一，x86需要LOCK前綴才能在SMP下保證原子性，其二，RISC根本不能對(duì)內(nèi)存直接運(yùn)算，要保證原子性得用別的方法，如atomic_inc。

    對(duì)于jiffies，它已經(jīng)聲明為volatile變量，我認(rèn)為直接用jiffies++就可以了，沒必要用那種復(fù)雜的形式，因?yàn)槟菢右膊荒鼙ＷC原子性。
    你可能不知道在Pentium及后續(xù)CPU中，下面兩組指令

inc jiffies 
;;
mov jiffies, %eax
inc %eax
mov %eax, jiffies

作用相同，但一條指令反而不如三條指令快。
編譯器優(yōu)化 → C關(guān)鍵字volatile → memory破壞描述符zz

    “memory”比較特殊，可能是內(nèi)嵌匯編中最難懂部分。為解釋清楚它，先介紹一下編譯器的優(yōu)化知識(shí)，再看C關(guān)鍵字volatile。最后去看該描述符。
編譯器優(yōu)化介紹 
     內(nèi)存訪問(wèn)速度遠(yuǎn)不及CPU處理速度，為提高機(jī)器整體性能，在硬件上引入硬件高速緩存Cache，加速對(duì)內(nèi)存的訪問(wèn)。另外在現(xiàn)代CPU中指令的執(zhí)行并不一定嚴(yán)格按照順序執(zhí)行，沒有相關(guān)性的指令可以亂序執(zhí)行，以充分利用CPU的指令流水線，提高執(zhí)行速度。以上是硬件級(jí)別的優(yōu)化。再看軟件一級(jí)的優(yōu)化：一種是在編寫代碼時(shí)由程序員優(yōu)化，另一種是由編譯器進(jìn)行優(yōu)化。編譯器優(yōu)化常用的方法有：將內(nèi)存變量緩存到寄存器；調(diào)整指令順序充分利用CPU指令流水線，常見的是重新排序讀寫指令。對(duì)常規(guī)內(nèi)存進(jìn)行優(yōu)化的時(shí)候，這些優(yōu)化是透明的，而且效率很好。由編譯器優(yōu)化或者硬件重新排序引起的問(wèn)題的解決辦法是在從硬件（或者其他處理器）的角度看必須以特定順序執(zhí)行的操作之間設(shè)置內(nèi)存屏障（memory barrier），linux 提供了一個(gè)宏解決編譯器的執(zhí)行順序問(wèn)題。
void Barrier(void)
     這個(gè)函數(shù)通知編譯器插入一個(gè)內(nèi)存屏障，但對(duì)硬件無(wú)效，編譯后的代碼會(huì)把當(dāng)前CPU寄存器中的所有修改過(guò)的數(shù)值存入內(nèi)存，需要這些數(shù)據(jù)的時(shí)候再重新從內(nèi)存中讀出。
Memory 
      有了上面的知識(shí)就不難理解Memory修改描述符了，Memory描述符告知GCC：
1）不要將該段內(nèi)嵌匯編指令與前面的指令重新排序；也就是在執(zhí)行內(nèi)嵌匯編代碼之前，它前面的指令都執(zhí)行完畢
2）不要將變量緩存到寄存器，因?yàn)檫@段代碼可能會(huì)用到內(nèi)存變量，而這些內(nèi)存變量會(huì)以不可預(yù)知的方式發(fā)生改變，因此GCC插入必要的代碼先將緩存到寄存器的變量值寫回內(nèi)存，如果后面又訪問(wèn)這些變量，需要重新訪問(wèn)內(nèi)存。
     如果匯編指令修改了內(nèi)存，但是GCC 本身卻察覺不到，因?yàn)樵谳敵霾糠譀]有描述，此時(shí)就需要在修改描述部分增加“memory”，告訴GCC 內(nèi)存已經(jīng)被修改，GCC 得知這個(gè)信息后，就會(huì)在這段指令之前，插入必要的指令將前面因?yàn)閮?yōu)化Cache 到寄存器中的變量值先寫回內(nèi)存，如果以后又要使用這些變量再重新讀取。
     使用“volatile”也可以達(dá)到這個(gè)目的，但是我們?cè)诿總€(gè)變量前增加該關(guān)鍵字，不如使用“memory”方便。

volatile的重要性對(duì)于搞嵌入式的程序員來(lái)說(shuō)是不言而喻的，對(duì)于volatile的了解程度常常被不少公司在招聘嵌入式編程人員面試的時(shí)候作為衡量一個(gè)應(yīng)聘者是否合格的參考標(biāo)準(zhǔn)之一，為什么volatile如此的重要呢？這是因?yàn)榍度胧降木幊倘藛T要經(jīng)常同中斷、底層硬件等打交道，而這些都用到volatile，所以說(shuō)嵌入式程序員必須要掌握好volatile的使用。

其實(shí)就象讀者所熟悉的const一樣，volatile是一個(gè)類型修飾符。在開始講解volatile之前我們先來(lái)講解下接下來(lái)要用到的一個(gè)函數(shù)，知道如何使用該函數(shù)的讀者可以跳過(guò)該函數(shù)的講解部分。

原型：

int gettimeofday ( struct timeval * tv , struct timezone * tz )；

頭文件

#include <sys/time.h>

功能：獲取當(dāng)前時(shí)間

返回值：如果成功返回0，失敗返回－1，錯(cuò)誤代碼存于errno中。

gettimeofday()會(huì)把目前的時(shí)間用tv所指的結(jié)構(gòu)返回，當(dāng)?shù)貢r(shí)區(qū)的信息則放到tz所指的結(jié)構(gòu)中。
timeval結(jié)構(gòu)定義為:

struct timeval{
 long tv_sec; 
 long tv_usec; 
};

timezone 結(jié)構(gòu)定義為:

struct timezone{
 int tz_minuteswest; 
 int tz_dsttime; 
};

先來(lái)說(shuō)說(shuō)timeval結(jié)構(gòu)體，其中的tv_sec存放的是秒，而tv_usec存放的是微秒。其中的timezone成員變量我們很少使用，在此簡(jiǎn)單的說(shuō)說(shuō)它在gettimeofday()函數(shù)中的作用是把當(dāng)?shù)貢r(shí)區(qū)的信息則放到tz所指的結(jié)構(gòu)中，在其中tz_minuteswest變量里存放的是和Greenwich 時(shí)間差了多少分鐘，tz_dsttime日光節(jié)約時(shí)間的狀態(tài)。我們?cè)诖酥饕氖顷P(guān)注前一個(gè)成員變量timeval，后一個(gè)我們?cè)诖瞬皇褂?，所以使用gettimeofday()函數(shù)的時(shí)候我們把有一個(gè)參數(shù)設(shè)定為NULL，下面先來(lái)看看一段簡(jiǎn)單的代碼。

#include <stdio.h>
#include <sys/time.h>

int main(int argc, char * argv[])
{
 struct timeval start,end;
 gettimeofday( &start, NULL ); /*測(cè)試起始時(shí)間*/
 double timeuse;
 int j;
 for(j=0;j<1000000;j++)
 ;
 gettimeofday( &end, NULL ); /*測(cè)試終止時(shí)間*/
 timeuse = 1000000 * ( end.tv_sec - start.tv_sec ) + end.tv_sec - start.tv_sec ;
 timeuse /= 1000000;
printf("運(yùn)行時(shí)間為：%f\n",timeuse);

 return 0;

}
root@ubuntu:/home# ./p

運(yùn)行時(shí)間為：

0.002736

現(xiàn)在來(lái)簡(jiǎn)單的分析下代碼，通過(guò)end.tv_sec - start.tv_sec 我們得到了終止時(shí)間跟起始時(shí)間以秒為單位的時(shí)間間隔，然后使用end.tv_sec - start.tv_sec 得到終止時(shí)間跟起始時(shí)間以微妙為單位的時(shí)間間隔。因?yàn)闀r(shí)間單位的原因，所以我們?cè)诖藢?duì)于( end.tv_sec - start.tv_sec ) 得到的結(jié)果乘以1000000轉(zhuǎn)換為微秒進(jìn)行計(jì)算，之后再使用timeuse /= 1000000;將其轉(zhuǎn)換為秒?，F(xiàn)在了解了如何通過(guò)gettimeofday()函數(shù)來(lái)測(cè)試start到end代碼之間的運(yùn)行時(shí)間，那么我們現(xiàn)在接下來(lái)看看volatile修飾符。

通常在代碼中我們?yōu)榱朔乐挂粋€(gè)變量在意想不到的情況下被改變，我們會(huì)將變量定義為volatile，這從而就使得編譯器就不會(huì)自作主張的去“動(dòng)”這個(gè)變量的值了。準(zhǔn)確點(diǎn)說(shuō)就是每次在用到這個(gè)變量時(shí)必須每次都重新從內(nèi)存中直接讀取這個(gè)變量的值，而不是使用保存在寄存器里的備份。

在舉例之前我們先大概的說(shuō)下Debug和Release 模式下編譯方式的區(qū)別，Debug 通常稱為調(diào)試版本，它包含調(diào)試信息，并且不作任何優(yōu)化，便于程序員調(diào)試程序。Release 稱為發(fā)布版本，它往往是進(jìn)行了各種優(yōu)化，使得程序在代碼大小和運(yùn)行速度上都是最優(yōu)的，以便用戶很好地使用。大致的知道了Debug和Release的區(qū)別之后，我們下面來(lái)看看一段代碼。

#include <stdio.h>

void main()
{
int a=12;
printf("a的值為:%d\n",a);
__asm {mov dword ptr [ebp-4], 0h}
int b = a;
printf("b的值為:%d\n",b);
}

分析下上面的代碼，我們使用了一句__asm {mov dword ptr [ebp-4], 0h}來(lái)修改變量a在內(nèi)存中的值。前面已經(jīng)講解了Debug和Release 編譯方式的區(qū)別，那么我們現(xiàn)在來(lái)對(duì)比看下結(jié)果。注：使用vc6編譯運(yùn)行，如無(wú)特殊說(shuō)明，均在linux環(huán)境下編譯運(yùn)行。讀者自己在編譯的時(shí)候別忘了選擇編譯運(yùn)行的模式。

使用Debug模式的結(jié)果為：

a的值為:12 
b的值為:0 
Press any key to continue 

使用Release模式的結(jié)果為：

a的值為:12 
b的值為:12 
Press any key to continue 

看看上面的運(yùn)行結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)在Release模式進(jìn)行了優(yōu)化之后b的值為了12，但是使用Debug模式的時(shí)候b的值為0。為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的情況呢？我們先不說(shuō)答案，再來(lái)看看下面一段代碼。注：使用vc6編譯運(yùn)行

#include <stdio.h> 
 
void main() 
{ 
int volatile a=12; 
printf("a的值為:%d\n",a); 
__asm {mov dword ptr [ebp-4], 0h} 
int b = a; 
printf("b的值為:%d\n",b); 
} 

使用Debug模式的結(jié)果為：

a的值為:12 
b的值為:0 
Press any key to continue 

使用Release模式的結(jié)果為：

a的值為:12 
b的值為:0 
Press any key to continue 

我們發(fā)現(xiàn)這種情況下不管使用Debug模式還是Release模式都是一樣的結(jié)果。現(xiàn)在我們就來(lái)分析下，在此之前我們先說(shuō)了Debug和Release 模式下編譯方式的區(qū)別。

先分析上一段代碼，由于在Debug模式下我們并沒有對(duì)代碼進(jìn)行優(yōu)化，所以對(duì)于在代碼中每次使用a值得時(shí)候都是從它的內(nèi)存地址直接讀取的，所以在我們使用了__asm {mov dword ptr [ebp-4], 0h}語(yǔ)句改變了a的值之后，接下來(lái)使用a值的時(shí)候從內(nèi)存中直接讀取，所以得到的是更新后的a值；但是當(dāng)我們?cè)赗elease模式下運(yùn)行的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)b的值為a之前的值，而不是我們更新后的a值，這是由于編譯器在優(yōu)化的過(guò)程中做了優(yōu)化處理。編譯器發(fā)現(xiàn)在對(duì)a賦值之后沒有再次改變a的值，所以編譯器把a(bǔ)的值備份在了一個(gè)寄存器中，在之后的操作中我們?cè)俅问褂胊值的時(shí)候就直接操作這個(gè)寄存器，而不去讀取a的內(nèi)存地址，因?yàn)樽x取寄存器的速度要快于直接讀取內(nèi)存的速度。這就使得了讀到的a值為之前的12。而不是更新后的0。

第二段代碼中我們使用了一個(gè)volatile修飾符，這種情況下不管在什么模式下都得到的是更新后的a的值，因?yàn)関olatile修飾符的作用就是告訴編譯器不要對(duì)它所修飾的變量進(jìn)行任何的優(yōu)化，每次取值都要直接從內(nèi)存地址得到。從這兒我們可以看出，對(duì)于我們代碼中的那些易變量，我們最好使用volatile修飾，以此來(lái)得到每次對(duì)其進(jìn)行更新后的值。為了加深下大家的印象我們?cè)賮?lái)看看下面一段代碼。

#include <stdio.h> 
#include <sys/time.h> 
 
int main(int argc, char * argv[]) 
{ 
 struct timeval start,end; 
 gettimeofday( &start, NULL ); /*測(cè)試起始時(shí)間*/ 
 double timeuse; 
 int j; 
 for(j=0;j<10000000;j++) 
  ; 
 gettimeofday( &end, NULL ); /*測(cè)試終止時(shí)間*/ 
 timeuse = 1000000 * ( end.tv_sec - start.tv_sec ) + end.tv_usec -start.tv_usec; 
 timeuse /= 1000000; 
printf("運(yùn)行時(shí)間為：%f\n",timeuse); 
 
 return 0; 
 
} 

與之前我們測(cè)試時(shí)間的代碼一樣，我們只是增大了for()循環(huán)的次數(shù)。

先來(lái)看看我們不使用優(yōu)化的結(jié)果：

root@ubuntu:/home# gcc time.c -o p 
root@ubuntu:/home# ./p 
運(yùn)行時(shí)間為：0.028260 

使用了優(yōu)化的運(yùn)行結(jié)果：

root@ubuntu:/home# gcc -o p time.c -O2 
root@ubuntu:/home# ./p 
運(yùn)行時(shí)間為：0.000001 

從結(jié)果顯然可以看出差距如此之大，但是如果我們?cè)谏厦娴拇a中修改一下int j為int  volatile j之后再來(lái)看看如下代碼：

#include <stdio.h> 
#include <sys/time.h> 
 
int main(int argc, char * argv[]) 
{ 
 struct timeval start,end; 
 gettimeofday( &start, NULL ); /*測(cè)試起始時(shí)間*/ 
 double timeuse; 
 int volatile j; 
 for(j=0;j<10000000;j++) 
  ; 
 gettimeofday( &end, NULL ); /*測(cè)試終止時(shí)間*/ 
 timeuse = 1000000 * ( end.tv_sec - start.tv_sec ) + end.tv_usec -start.tv_usec; 
 timeuse /= 1000000; 
printf("運(yùn)行時(shí)間為：%f\n",timeuse); 
 
 return 0; 
 
} 

先來(lái)看看我們不使用優(yōu)化的運(yùn)行結(jié)果為：

root@ubuntu:/home# gcc time.c -o p 
root@ubuntu:/home# ./p 
運(yùn)行時(shí)間為：0.027647 

使用了優(yōu)化的運(yùn)行結(jié)果為：

root@ubuntu:/home# gcc -o p time.c -O2 
root@ubuntu:/home# ./p 
運(yùn)行時(shí)間為：0.027390 

我們發(fā)現(xiàn)此時(shí)此刻不管是否使用優(yōu)化語(yǔ)句運(yùn)行，時(shí)間幾乎沒有變化，只是有微小的差異，這微小的差異是由于計(jì)算機(jī)本身所導(dǎo)致的。所以我們通過(guò)對(duì)于上面一個(gè)沒有使用volatile和下面一個(gè)使用了volatile的對(duì)比結(jié)果可知，使用了volatile的變量在使用優(yōu)化語(yǔ)句是for()循環(huán)并沒有得到優(yōu)化，因?yàn)閒or()循環(huán)執(zhí)行的是一個(gè)空操作，那么通常情況下使用了優(yōu)化語(yǔ)句使得這個(gè)for()循環(huán)被優(yōu)化掉，根本就不執(zhí)行。就好比編譯器在編譯的過(guò)程中將i的值設(shè)置為大于或者等于10000000的一個(gè)數(shù)，使得for()循環(huán)語(yǔ)句不會(huì)執(zhí)行。但是由于我們使用了volatile，使得編譯器就不會(huì)自作主張的去動(dòng)我們的i值，所以循環(huán)體得到了執(zhí)行。舉這個(gè)例子的原因是要讓讀者牢記，如果我們定義了volatile變量，那么它就不會(huì)被編譯器所優(yōu)化。

當(dāng)然volatile還有那些值得注意的地方呢？由于訪問(wèn)寄存器的速度要快過(guò)直接訪問(wèn)內(nèi)存的速度，所以編譯器一般都會(huì)作減少對(duì)于內(nèi)存的訪問(wèn)，但是如果將變量加上volatile修飾，則編譯器保證對(duì)此變量的讀寫操作都不會(huì)被優(yōu)化。這樣說(shuō)可能有些抽象了，再看看下面的代碼，在此就簡(jiǎn)要的寫出幾步了。

main()

{

  int i=o;

  while(i==0)

  {

     ……

  }

}

分析以上代碼，如果我們沒有在while循環(huán)體結(jié)構(gòu)里面改變i的值，編譯器在編譯的過(guò)程中就會(huì)將i的值備份到一個(gè)寄存器中，每次執(zhí)行判斷語(yǔ)句時(shí)就從該寄存器取值，那么這將是一個(gè)死循環(huán)，但是如果我們做如下的修改：

main()

{

  int volatile i=o;

  while(i==0)

  {

     ……

  }

}

我們?cè)趇的前面加上了一個(gè)volatile，假設(shè)while()循環(huán)體里面執(zhí)行的是跟上一個(gè)完全一樣的操作，但是這個(gè)時(shí)候就不能說(shuō)是一個(gè)死循環(huán)了，因?yàn)榫幾g器不會(huì)再對(duì)我們的i值進(jìn)行"備份"操作了，每次執(zhí)行判斷的時(shí)候都會(huì)直接從i的內(nèi)存地址中讀取，一旦其值發(fā)生變化就退出循環(huán)體。

最后給出一點(diǎn)就是在實(shí)際使用中volatile的使用的場(chǎng)合大致有以下幾點(diǎn)：

1、中斷服務(wù)程序中修改的供其它程序檢測(cè)的變量需要加volatile；

2、多任務(wù)環(huán)境下各任務(wù)間共享的標(biāo)志應(yīng)該加volatile；

3、存儲(chǔ)器映射的硬件寄存器通常也要加volatile說(shuō)明，因?yàn)槊看螌?duì)它的讀寫都可能有不同意義。

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