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在C语言中实际上是为了不自动缓存变量的值而存在的。它会告诉编译器不要缓存这个变量的值。因此,每次遇到给定的volatile变量时,它都会生成代码从主存中获取它的值。之所以使用这种机制,是因为该值在任何时候都可以被操作系统或任何中断修改。所以使用volatile可以帮助我们每次都重新访问值。

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Volatile也很有用,当你想强制编译器不优化特定的代码序列时(例如编写一个微基准测试)。

我的简单解释是:

在某些情况下,基于逻辑或代码,编译器会对它认为不会改变的变量进行优化。volatile关键字阻止变量被优化。

例如:

bool usb_interface_flag = 0;
while(usb_interface_flag == 0)
{
    // execute logic for the scenario where the USB isn't connected 
}

从上面的代码中,编译器可能认为usb_interface_flag被定义为0,并且在while循环中它将永远为0。优化后,编译器会一直将其视为while(true),导致无限循环。

为了避免这种情况,我们将标志声明为volatile,我们告诉编译器这个值可能会被外部接口或程序的其他模块改变,也就是说,请不要优化它。这就是volatile的用例。

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。

volatile在C语言中实际上是为了不自动缓存变量的值而存在的。它会告诉编译器不要缓存这个变量的值。因此,每次遇到给定的volatile变量时,它都会生成代码从主存中获取它的值。之所以使用这种机制,是因为该值在任何时候都可以被操作系统或任何中断修改。所以使用volatile可以帮助我们每次都重新访问值。

在我看来,你不应该对volatile期望太高。为了说明这一点,看看尼尔斯·派彭布林克(Nils Pipenbrinck)的高票数回答中的例子。

我想说,他的例子并不适用于volatile。Volatile只用于: 阻止编译器进行有用和理想的优化。这与线程安全、原子访问甚至内存顺序无关。

在这个例子中:

    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;
    }

gadget->data = gadget->command = command之前的数据仅由编译器在编译后的代码中保证。在运行时,处理器仍然可能根据处理器架构对数据和命令分配进行重新排序。硬件可能会得到错误的数据(假设gadget映射到硬件I/O)。数据和命令分配之间需要内存屏障。