在中斷程式裡修改全域性變數的童鞋注意啦~(C中的volatile作用 轉載~)
一個定義為volatile的變數是說這變數可能會被意想不到地改變,這樣,編譯器就不會去假設這個變數的值了。精確地說就是,優化器在用到這個變數時必須每次都小心地重新讀取這個變數的值,而不是使用儲存在暫存器裡的備份。下面是volatile變數的幾個例子:
1). 並行裝置的硬體暫存器(如:狀態暫存器)
2). 一箇中斷服務子程式中會訪問到的非自動變數(Non-automatic variables)
3). 多執行緒應用中被幾個任務共享的變數
回答不出這個問題的人是不會被僱傭的。我認為這是區分C程式設計師和嵌入式系統程式設計師的最基本的問題。嵌入式系統程式設計師經常同硬體、中斷、RTOS等等打交道,所用這些都要求volatile變數。不懂得volatile內容將會帶來災難。
假設被面試者正確地回答了這是問題(嗯,懷疑這否會是這樣),我將稍微深究一下,看一下這傢伙是不是直正懂得volatile完全的重要性。
1). 一個引數既可以是const還可以是volatile嗎?解釋為什麼。
2). 一個指標可以是volatile 嗎?解釋為什麼。
3). 下面的函式有什麼錯誤:
int square(volatile int *ptr)
{
return *ptr * *ptr;
}
下面是答案:
1). 是的。一個例子是隻讀的狀態暫存器。它是volatile因為它可能被意想不到地改變。它是const因為程式不應該試圖去修改它。
2). 是的。儘管這並不很常見。一個例子是當一箇中服務子程式修該一個指向一個buffer的指標時。
3). 這段程式碼的有個惡作劇。這段程式碼的目的是用來返指標*ptr指向值的平方,但是,由於*ptr指向一個volatile型引數,編譯器將產生類似下面的程式碼:
int square(volatile int *ptr)
{
int a,b;
a = *ptr;
b = *ptr;
return a * b;
}
由於*ptr的值可能被意想不到地該變,因此a和b可能是不同的。結果,這段程式碼可能返不是你所期望的平方值!正確的程式碼如下:
long square(volatile int *ptr)
{
int a;
a = *ptr;
return a * a;
}
講講我的理解: (歡迎打板子...~~!)
關鍵在於兩個地方:
1. 編譯器的優化 (請高手幫我看看下面的理解)
在本次執行緒內, 當讀取一個變數時,為提高存取速度,編譯器優化時有時會先把變數讀取到一個暫存器中;以後,再取變數值時,就直接從暫存器中取值;
當變數值在本執行緒裡改變時,會同時把變數的新值copy到該暫存器中,以便保持一致
當變數在因別的執行緒等而改變了值,該暫存器的值不會相應改變,從而造成應用程式讀取的值和實際的變數值不一致
當該暫存器在因別的執行緒等而改變了值,原變數的值不會改變,從而造成應用程式讀取的值和實際的變數值不一致
舉一個不太準確的例子:
發薪資時,會計每次都把員工叫來登記他們的銀行卡號;一次會計為了省事,沒有即時登記,用了以前登記的銀行卡號;剛好一個員工的銀行卡丟了,已掛失該銀行卡號;從而造成該員工領不到工資
員工 -- 原始變數地址
銀行卡號 -- 原始變數在暫存器的備份
2. 在什麼情況下會出現(如1樓所說)
1). 並行裝置的硬體暫存器(如:狀態暫存器)
2). 一箇中斷服務子程式中會訪問到的非自動變數(Non-automatic variables)
3). 多執行緒應用中被幾個任務共享的變數
補充: volatile應該解釋為“直接存取原始記憶體地址”比較合適,“易變的”這種解釋簡直有點誤導人;
“易變”是因為外在因素引起的,象多執行緒,中斷等,並不是因為用volatile修飾了的變數就是“易變”了,假如沒有外因,即使用volatile定義,它也不會變化;
而用volatile定義之後,其實這個變數就不會因外因而變化了,可以放心使用了; 大家看看前面那種解釋(易變的)是不是在誤導人
------------簡明示例如下:------------------
volatile關鍵字是一種型別修飾符,用它宣告的型別變量表示可以被某些編譯器未知的因素更改,比如:作業系統、硬體或者其它執行緒等。遇到這個關鍵字宣告的變數,編譯器對訪問該變數的程式碼就不再進行優化,從而可以提供對特殊地址的穩定訪問。
使用該關鍵字的例子如下:
int volatile nVint;
>>>>當要求使用volatile 宣告的變數的值的時候,系統總是重新從它所在的記憶體讀取資料,即使它前面的指令剛剛從該處讀取過資料。而且讀取的資料立刻被儲存。
例如:
volatile int i=10;
int a = i;
...
//其他程式碼,並未明確告訴編譯器,對i進行過操作
int b = i;
>>>>volatile 指 出 i是隨時可能發生變化的,每次使用它的時候必須從i的地址中讀取,因而編譯器生成的彙編程式碼會重新從i的地址讀取資料放在b中。而優化做法是,由於編 譯器發現兩次從i讀資料的程式碼之間的程式碼沒有對i進行過操作,它會自動把上次讀的資料放在b中。而不是重新從i裡面讀。這樣以來,如果i是一個暫存器變數 或者表示一個埠資料就容易出錯,所以說volatile可以保證對特殊地址的穩定訪問。
>>>>注意,在vc6中,一般除錯模式沒有進行程式碼優化,所以這個關鍵字的作用看不出來。下面通過插入彙編程式碼,測試有無volatile關鍵字,對程式最終程式碼的影響:
>>>>首先,用classwizard建一個win32 console工程,插入一個voltest.cpp檔案,輸入下面的程式碼:
>>
#i nclude <stdio.h>
void main()
{
int i=10;
int a = i;
printf("i= %d",a);
//下面彙編語句的作用就是改變記憶體中i的值,但是又不讓編譯器知道
__asm {
mov dword ptr [ebp-4], 20h
}
int b = i;
printf("i= %d",b);
}
然後,在除錯版本模式執行程式,輸出結果如下:
i = 10
i = 32
然後,在release版本模式執行程式,輸出結果如下:
i = 10
i = 10
輸出的結果明顯表明,release模式下,編譯器對程式碼進行了優化,第二次沒有輸出正確的i值。下面,我們把 i的宣告加上volatile關鍵字,看看有什麼變化:
#i nclude <stdio.h>
void main()
{
volatile int i=10;
int a = i;
printf("i= %d",a);
__asm {
mov dword ptr [ebp-4], 20h
}
int b = i;
printf("i= %d",b);
}
分別在除錯版本和release版本執行程式,輸出都是:
i = 10
i = 32
這說明這個關鍵字發揮了它的作用!
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volatile對應的變數可能在你的程式本身不知道的情況下發生改變
比如多執行緒的程式,共同訪問的記憶體當中,多個程式都可以操縱這個變數
你自己的程式,是無法判定合適這個變數會發生變化
還比如,他和一個外部裝置的某個狀態對應,當外部裝置發生操作的時候,通過驅動程式和中斷事件,系統改變了這個變數的數值,而你的程式並不知道。
對於volatile型別的變數,系統每次用到他的時候都是直接從對應的記憶體當中提取,而不會利用cache當中的原有數值,以適應它的未知何時會發生的變化,系統對這種變數的處理不會做優化——顯然也是因為它的數值隨時都可能變化的情況。
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典型的例子
for ( int i=0; i<100000; i++);
這個語句用來測試空迴圈的速度的
但是編譯器肯定要把它優化掉,根本就不執行
如果你寫成
for ( volatile int i=0; i<100000; i++);
它就會執行了
volatile的本意是“易變的”
由於訪問暫存器的速度要快過RAM,所以編譯器一般都會作減少存取外部RAM的優化。比如:
static int i=0;
int main(void)
{
...
while (1)
{
if (i) dosomething();
}
}
/* Interrupt service routine. */
void ISR_2(void)
{
i=1;
}
程式的本意是希望ISR_2中斷產生時,在main當中呼叫dosomething函式,但是,由於編譯器判斷在main函式裡面沒有修改過i,因此
可能只執行一次對從i到某暫存器的讀操作,然後每次if判斷都只使用這個暫存器裡面的“i副本”,導致dosomething永遠也不會被
呼叫。如果將將變數加上volatile修飾,則編譯器保證對此變數的讀寫操作都不會被優化(肯定執行)。此例中i也應該如此說明。
一般說來,volatile用在如下的幾個地方:
1、中斷服務程式中修改的供其它程式檢測的變數需要加volatile;
2、多工環境下各任務間共享的標誌應該加volatile;
3、儲存器對映的硬體暫存器通常也要加volatile說明,因為每次對它的讀寫都可能由不同意義;
另外,以上這幾種情況經常還要同時考慮資料的完整性(相互關聯的幾個標誌讀了一半被打斷了重寫),在1中可以通過關中斷來實
現,2中可以禁止任務排程,3中則只能依靠硬體的良好設計了。