单片机/C语言八股：（四）volatile 和 static 关键字的作用

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C 语言编译器的优化功能

1）volatile 关键字的作用是什么？

volatile： $adj$ 易变的

C/C++ 编译器具有优化功能：在不改变程序逻辑的前提下，让生成的代码运行更快、体积更小或更省资源。

当开启优化时，处理器会把一些高频使用的变量的值放进缓存或寄存器中，这个时候它就不从内存中取了，虽然这可以提高效率，但当这个变量的值被修改了之后（比如被多线程或中断程序修改了），CPU 没有重新访问内存，就会造成数据不一致的问题。

解决方法就是使用 volatile 关键字。

volatile 是一个类型修饰符，用于告诉编译器，该变量的值可能会被改变（是不稳定的）。然后不论如何优化，编译器每次访问该变量时，都会直接从其内存地址中读取数据（即：volatile 是让 CPU 直接去变量内存地址里去读取数据，而不是去缓存读取数据，用于防止编译器优化此变量 ）。

使用：

c 复制代码

volatile int flag = 1;

2）static 关键字的作用是什么？

static： $adj$ 静态的

static 变量称为静态存储类型的变量，所谓静态就是变量在程序运行期间一直存在。

static 变量的特点如下：

在内存中以固定地址存放，而不是以堆栈方式存放（程序运行多次之后，依然存在同一地址）；
只要程序没结束，此变量就不会消失，即使放在子函数中被反复调用，每次调用的时候，都会保留调用结束的值；
static 修饰的全局变量，其他文件无法使用（其他文件即使使用 extern 声明，也无法访问该变量）；
如果没有初始化，那么静态变量的初始值默认是 0 。

举例，有如下程序：

c 复制代码

#include <stdio.h>
void fun() 
{
	int a=10;
	a++;
	printf("%d %p\n",a,&a);
}

int main()
{
	int i=0;
    while(i<5)
    {
    	fun();
    	i++;
    }
    return 0;
}

程序运行之后的结果为（运行两次）：

c 复制代码

/* 第一次运行结果 */
11 00000063867ff90c
11 00000063867ff90c
11 00000063867ff90c
11 00000063867ff90c
11 00000063867ff90c
    
/* 第二次运行结果 */
11 0000002554dff7dc
11 0000002554dff7dc
11 0000002554dff7dc
11 0000002554dff7dc
11 0000002554dff7dc
    
// 两次运行，分配的地址都是不确定的

现在将变量 a 定义为静态变量，并且不初始化：

c 复制代码

#include <stdio.h>
void fun() 
{
	static int a;
	a++;
	printf("%d %p\n",a,&a);
}

int main()
{
	int i=0;
    while(i<5)
    {
    	fun();
    	i++;
    }
    return 0;
}

程序运行之后的结果为（运行两次）：

c 复制代码

/* 第一次运行结果 */
1 00007ff74fb4a000
2 00007ff74fb4a000
3 00007ff74fb4a000
4 00007ff74fb4a000
5 00007ff74fb4a000
    
/* 第二次运行结果 */
1 00007ff74fb4a000
2 00007ff74fb4a000
3 00007ff74fb4a000
4 00007ff74fb4a000
5 00007ff74fb4a000
    
// 两次运行，分配的地址都是固定的，并且初始值为 0 （+1后才打印）

总结：

定义静态局部变量：延长生命周期，保持值不变
定义静态全局变量：限制作用域，别的文件不可调用
定义静态函数：限制函数作用域，别的文件不可调用

c 复制代码

// 1. 静态局部变量
static int count = 0;

// 2. 静态全局变量
static int globalVar;

// 3. 静态函数
static void localFunc(void) {}