Volitale

例1

　　volatile提醒编译器它后面所定义的变量随时都有可能改变。因此编译后的程序每次须要存储或读取这个变量的时候，都会直接从变量地址中读取数据。

假设没有volatile关键字。则编译器可能优化读取和存储。可能临时使用寄存器中的值。假设这个变量由别的程序更新了的话，将出现不一致的现象。

　　以下举例说明。在DSP开发中。常常须要等待某个事件的触发。即这个程序是堵塞的，所以常常会写出这种程序：

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

　　这段程序等待内存变量flag的值变为1，之后才运行do2()。变量flag的值由别的程序更改，这个程序可能是某个硬件中断服务程序。

比如：假设某个button按下的话，就会对DSP产生中断，在按键中断程序中改动flag为1，这样上面的程序就能够得以继续运行。

可是，编译器并不知道flag的值会被别的程序改动，因此在它进行优化的时候，可能会把flag的值先读入某个寄存器，然后等待那个寄存器变为1。假设不幸进行了这种优化。那么while循环就变成了死循环。由于寄存器的内容不可能被中断服务程序改动。

为了让程序每次都读取真正flag变量的值，就须要定义为例如以下形式：

volatile short flag;

　　须要注意的是，没有volatile也可能能正常运行，可是可能改动了编译器的优化级别之后就又不能正常运行了。因此常常会出现debug版本号正常，可是release版本号却不能正常的问题。所以为了安全起见，仅仅要是等待别的程序改动某个变量的话，就加上volatile关键字。

　　重要的事情要说三遍。以下再举一例。

例2　　

　　volatile的本意是“易变的”

　　由于訪问寄存器的速度要快过RAM，所以编译器一般都会作降低存取外部RAM的优化。比方：

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中断产生时。在main其中调用do_something函数。可是，由于编译器推断在main函数里面没有改动过i，因此可能仅仅运行一次对从i到某寄存器的读操作，然后每次if推断都仅仅使用这个寄存器里面的“i副本”。导致do_something永远也不会被调用。假设变量加上volatile修饰，则编译器保证对此变量的读写操作都不会被优化（肯定运行）。此例中i也应该如此说明。

　　

一般说来。volatile用在例如以下的几个地方：

　　1、中断服务程序中改动的供其它程序检測的变量须要加volatile；

　　2、多任务环境下各任务间共享的标志应该加volatile；

　　3、存储器映射的硬件寄存器通常也要加volatile说明，由于每次对它的读写都可能由不允许义；

　　另外，以上这几种情况常常还要同一时候考虑数据的完整性（相互关联的几个标志读了一半被打断了重写）。在1中能够通过关中断来实现，2中能够禁止任务调度，3中则仅仅能依靠硬件的良好设计了。

volatile 的再解释

　　volatile总是与优化有关。编译器有一种技术叫做数据流分析，分析程序中的变量在哪里赋值、在哪里使用、在哪里失效，分析结果能够用于常量合并，常量传播等优化，进一步能够死代码消除。但有时这些优化不是程序所须要的。这时能够用volatile关键字禁止做这些优化。volatile的字面含义是易变的，它有以下的作用：

　　1 、不会在两个操作之间把volatile变量缓存在寄存器中。在多任务、中断、甚至setjmp环境下，变量可能被其它的程序改变，编译器自己无法知道。volatile就是告诉编译器这种情况。

　　2、 不做常量合并、常量传播等优化，所以像以下的代码：

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

　　if的条件不会当作无条件真。

　　3 、对volatile变量的读写不会被优化掉。假设你对一个变量赋值但后面没用到，编译器常常能够省略那个赋值操作，然而对Memory Mapped IO的处理是不能这样优化的。

　　

编译器优化、C关键字volatile、memory破坏描写叙述符zz

　　“memory”比較特殊，可能是内嵌汇编中最难懂部分。为解释清楚它，先介绍一下编译器的优化知识，再看C关键字volatile。最后去看该描写叙述符。

1、编译器优化介绍

　　内存訪问速度远不及CPU处理速度，为提高机器总体性能。在硬件上引入硬件快速缓存Cache，加速对内存的訪问。

另外在现代CPU中指令的运行并不一定严格依照顺序运行。没有相关性的指令能够乱序运行，以充分利用CPU的指令流水线。提高运行速度。以上是硬件级别的优化。再看软件一级的优化：一种是在编写代码时由程序猿优化，还有一种是由编译器进行优化。

编译器优化常常使用的方法有：将内存变量缓存到寄存器；调整指令顺序充分利用CPU指令流水线，常见的是又一次排序读写指令。对常规内存进行优化的时候，这些优化是透明的，并且效率非常好。由编译器优化或者硬件又一次排序引起的问题的解决的方法是在从硬件（或者其它处理器）的角度看必须以特定顺序运行的操作之间设置内存屏障（memory barrier），linux 提供了一个宏解决编译器的运行顺序问题。

void Barrier(void)

　　这个函数通知编译器插入一个内存屏障。但对硬件无效，编译后的代码会把当前CPU寄存器中的全部改动过的数值存入内存，须要这些数据的时候再又一次从内存中读出。

2、C语言关键字volatile

　　C语言关键字volatile（注意它是用来修饰变量而不是上面介绍的volatile）表明某个变量的值可能在外部被改变。因此对这些变量的存取不能缓存到寄存器，每次使用时须要又一次存取。该关键字在多线程环境下常常使用，由于在编写多线程的程序时。同一个变量可能被多个线程改动，而程序通过该变量同步各个线程，比如：

DWORD __stdcall threadFunc(LPVOID signal)
{
int* intSignal=reinterpret_cast<int*>(signal);
*intSignal=2;
while(*intSignal!=1)
sleep(1000);
return 0;
} 

　　该线程启动时将intSignal 置为2，然后循环等待直到intSignal 为1 时退出。显然intSignal的值必须在外部被改变，否则该线程不会退出。可是实际运行的时候该线程却不会退出，即使在外部将它的值改为1，看一下相应的伪汇编代码就明确了：

mov ax,signal
label:
if(ax!=1)
goto label 

　　对于C编译器来说，它并不知道这个值会被其它线程改动。

自然就把它cache在寄存器里面。记住，C 编译器是没有线程概念的。这时候就须要用到volatile。volatile 的本意是指：这个值可能会在当前线程外部被改变。也就是说，我们要在threadFunc中的intSignal前面加上volatile关键字，这时候，编译器知道该变量的值会在外部改变，因此每次訪问该变量时会又一次读取。所作的循环变为如以下伪码所看到的：

label:
mov ax,signal
if(ax!=1)
goto label 

3、Memory

　　有了上面的知识就不难理解Memory改动描写叙述符了，Memory描写叙述符告知GCC：

　　1）不要将该段内嵌汇编指令与前面的指令又一次排序；也就是在运行内嵌汇编代码之前，它前面的指令都运行完成

　　2）不要将变量缓存到寄存器。由于这段代码可能会用到内存变量，而这些内存变量会以不可预知的方式发生改变，因此GCC插入必要的代码先将缓存到寄存器的变量值写回内存，假设后面又訪问这些变量，须要又一次訪问内存。

　　假设汇编指令改动了内存。可是GCC 本身却察觉不到。由于在输出部分没有描写叙述。此时就须要在改动描写叙述部分添加“memory”，告诉GCC 内存已经被改动，GCC 得知这个信息后，就会在这段指令之前，插入必要的指令将前面由于优化Cache 到寄存器中的变量值先写回内存，假设以后又要使用这些变量再又一次读取。

　　使用“volatile”也能够达到这个目的，可是我们在每一个变量前添加该关键字，不如使用“memory”方便。