为什么C中需要挥发性?它的用途是什么?它会做什么?


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Volatile意味着存储可能在任何时候被改变,而且是在用户程序控制之外被改变。这意味着如果你引用变量,程序应该总是检查物理地址(即映射的输入fifo),而不是以缓存的方式使用它。

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volatile的边缘用法如下。假设你想计算一个函数f的数值导数:

double der_f(double x)
{
    static const double h = 1e-3;
    return (f(x + h) - f(x)) / h;
}

问题是由于舍入误差,x+h-x通常不等于h。想想看:当你减去非常接近的数字时,你会丢失很多有效的数字,这可能会破坏导数的计算(想想1.00001 - 1)

double der_f2(double x)
{
    static const double h = 1e-3;
    double hh = x + h - x;
    return (f(x + hh) - f(x)) / hh;
}

但是根据您的平台和编译器开关的不同,该函数的第二行可能会被积极优化的编译器删除。所以你可以写

    volatile double hh = x + h;
    hh -= x;

强制编译器读取包含hh的内存位置,从而丧失最终的优化机会。

volatile变量可以从编译代码的外部进行更改(例如,程序可以将volatile变量映射到内存映射寄存器)。编译器不会对处理易失性变量的代码应用某些优化——例如,它不会在不将其写入内存的情况下将其加载到寄存器。这在处理硬件寄存器时很重要。

正如这里许多人正确地建议的那样,volatile关键字的流行用途是跳过volatile变量的优化。

在阅读了volatile之后,我想到的最好的优点是——在longjmp的情况下防止回滚变量。非本地跳转。

这是什么意思?

它只是意味着在你进行堆栈展开后,最后一个值将被保留,以返回到前一个堆栈帧;通常是在一些错误的情况下。

因为它超出了这个问题的范围,所以我不打算在这里详细讨论setjmp/longjmp,但是值得一读;以及如何使用波动特征来保留最后的价值。

Volatile意味着存储可能在任何时候被改变,而且是在用户程序控制之外被改变。这意味着如果你引用变量,程序应该总是检查物理地址(即映射的输入fifo),而不是以缓存的方式使用它。

Volatile告诉编译器不要优化与Volatile变量有关的任何东西。

至少有三个常见的原因使用它,所有的情况下,变量的值可以改变,而不需要从可见代码的操作:

当您与改变值本身的硬件进行交互时 当另一个线程运行时也使用了该变量 当有一个可能改变变量值的信号处理程序时。

假设你有一小块硬件被映射到RAM的某个地方,它有两个地址:一个命令端口和一个数据端口:

typedef struct
{
  int command;
  int data;
  int isBusy;
} MyHardwareGadget;

现在你想要发送一些命令:

void SendCommand (MyHardwareGadget * gadget, int command, int data)
{
  // wait while the gadget is busy:
  while (gadget->isbusy)
  {
    // do nothing here.
  }
  // set data first:
  gadget->data    = data;
  // writing the command starts the action:
  gadget->command = command;
}

看起来很简单,但可能会失败,因为编译器可以随意更改数据和命令的写入顺序。这将导致我们的小工具使用之前的数据值发出命令。还可以看看busy循环中的wait。这个会被优化掉。编译器会尽量聪明,只读取一次isBusy的值,然后进入一个无限循环。这不是你想要的。

解决这个问题的方法是将指针gadget声明为volatile。这样编译器就会被强制执行你所写的内容。它不能删除内存赋值,不能在寄存器中缓存变量,也不能改变赋值的顺序

这是正确的版本:

void SendCommand (volatile MyHardwareGadget * gadget, int command, int data)
{
  // wait while the gadget is busy:
  while (gadget->isBusy)
  {
    // do nothing here.
  }
  // set data first:
  gadget->data    = data;
  // writing the command starts the action:
  gadget->command = command;
}