C中volatile总结

在CPU处理过程中，需要将内存中的数据载入到寄存器中才能计算，所以可能涉及到一个问题，如果内存中的数据被更改了，但是寄存器还是使用的旧数据，这样就会造成数据的不同步。

一、volatile关键字的作用

使用volatile关键字定义变量，就是告诉编译系统这个变量可能会被意想不到的被改变。编译器就不会对变量进行代码优化。编译器在编译代码时，优化器每次遇到这个变量，都会从内存中重新读取内容，而不会使用保存在寄存器里的备份内容。

二、使用volatile的场景

• 在中断服务程序中修改的，供其它程序检测的变量(非auto)，通常需要定义为volatile

中断服务可能会频繁进入，当变量被加载到寄存器中，马上就要被使用时，这时又来了一个中断修改了内存中的变量，如果不加volatile，被使用的变量就是寄存器中保存的也即修改之前的。

• 在多任务环境下，各任务间共享的标志，通常也需要定义为volatile

这个情形同中断，可能会使数据不同步。

• 存储器映射的硬件寄存器通常也需要定义为volatile，因为每次对它的读写都可能有不同意义

这个情形也类似两种，存储器的数据被转移到了硬件寄存器，这时存储器的数据被更改了，但是程序还可能使用的是硬件寄存器中的数据，这也是数据不同步。

在stm32中，内存被映射到各种外设上，外设有自己的寄存器组，比如GPIO寄存器组

typedef struct
{
  __IO uint32_t CRL;
  __IO uint32_t CRH;
  __IO uint32_t IDR;
  __IO uint32_t ODR;
  __IO uint32_t BSRR;
  __IO uint32_t BRR;
  __IO uint32_t LCKR;
} GPIO_TypeDef;

#define     __IO    volatile

可以看到寄存器都使用了__IO进行修饰，而__IO就是根据volatile定义的一个宏。

三、案例

1、逻辑分析仪

在使用keil 5分析变量的波形时，变量循环从1->0->1,但是波形一直是处理于低，没有起伏。

uint32_t  flag1;

void delay( uint32_t count )
{
    for (; count!=0; count--);
}

int main(void) {

	while(1) {
		flag1 = 1;
		delay( 1000 );
		flag1 = 0;
		delay( 1000 );
	}
}

分析结果如下所示：

在flag1用volatile修饰之后波形如下所示 ：

2、 硬件寄存器

在直接操作寄存器进行输出时,比如引脚拉到了LED上，LED另一端接高电平，引脚输出0是会点亮，当ODR不使用volatile修饰时，下面的操作编译器优化之后可能就只有

GPIOB->ODR = 0x00000001 这一句代码了，那么灯是不会亮的，但是实际上灯会闪烁的，因为ODR就是用volatile修饰的。

GPIOB->ODR = 0x00000001;
delay(100);
GPIOB->ODR = 0x00000000;
delay(100);
GPIOB->ODR = 0x00000001;

四、面试

volatile 常见的几个面试题

1、一个参数既可以是const还可以是volatile吗？

可以，针对的角度不同可以这样理解

const 告诉程序员 这是一个常量，不要更改它，在尝试更改时，编译器会报错

volatile告诉编译器，不要对变量做任何优化，直接从内存中读取内容。

2、一个指针可以是volatile 吗？

　　可以，指针和普通变量一样，有时也有变化程序的不可控性，比如一个中服务子程序修改一个指向buffer的指针时，即从一个buffer指向另一个buffer，如果不加volatile，面临的问题如同 **++二、使用volatile的场景++**中的一样。

3、下面的函数有什么错误？

int square(volatile int*ptr)
{
    return*ptr * *ptr;
}

该程序的目的是用来返指针*ptr指向值的平方，但是，由于*ptr指向一个volatile型参数，编译器将产生类似下面的代码：

int square(volatile int*ptr) {
    int a,b;
    a = *ptr;
    b = *ptr;
    return a * b;
}

由于*ptr的值可能被意想不到地该变，因此a和b可能是不同的。结果，这段代码可能返不是你所期望的平方值！正确的代码如下：

long square(volatile int*ptr) {
    int a = *ptr;
    return a * a;
}

• 注意：频繁地使用volatile很可能会增加代码尺寸和降低性能,因此要合理的使用volatile