C語言中volatile修飾符的作用？

01-05

volatile本意為「易變的」。

在嵌入式環境中用volatile關鍵字聲明的變數，在每次對其值進行引用的時候都會從原始地址取值，而不會將值保存在棧或其他位置。

由於該值「易變」的特性所以，針對其的任何賦值或者獲取值操作都會被執行（而不會被優化）。由於這個特性，所以該關鍵字在嵌入式編譯環境中經常用來消除compiler的優化。

舉例說明一些抗優化的1.比如要往某一地址（比如IO口寄存器）送兩指令，讓IO口進行一次翻轉：

uint8_t *addr =...; //設備地址 *addr = 1; //第一個指令 *addr = 0; //第二個指令

以上程序compiler可能做優化而成：

int *addr = ...; *addr = 0;

結果第一個指令丟失。如果用volatile, compiler就不允許做任何的優化，從而保證程序的原意，MCU庫函數中對於IO寄存器的聲明都會使用volatile。

volatile uint8_t *addr = ...; *addr = 1; *addr = 0;

2.用volatile定義的變數會在程序外被改變,每次都必須從內存中讀取，而不能重複使用放在寄存器或棧中的備份。

例如：

volatile uint8_t flag; flag=0; while(!flag){ doSomeThing(); } doSomeThingElse();

如果沒有volatile修飾flag則 doSomeThingElse()可能由於編譯器優化不會被執行（即使flag的值在其他中斷中被更改）。若如上使用了volatile，則會每次都會從原始地址取值，這樣當原始地址的值更改後則while能中止並繼續執行下方代碼。

3.很容易得知多任務環境下各任務間共享的標誌也應該加volatile。(註：並不意味著添加了關鍵字就可以保證多線程安全，非原子操作仍不能保證安全)

4.存儲器映射的硬體寄存器通常也要加voliate，因為每次對它的讀寫都可能有不同意義。

例如：

假設要對一個設備進行初始化，此設備的某一個寄存器為0xXXXXXX。

int *uartSendRegist= (unsigned int *)0xXXXXXXXXX;//定義一個串口數據寄存器地址； int init(void) { int i; for(i=0;i&< 10;i++) { delaySomeTime(); *uartSendRegist= data[i]; } }

順便說一個問題，一個參數既可以是const還可以是volatile嗎？

這是可以的，因為const的意思是只讀，而不是不變。最簡單的例子比如只讀的狀態寄存器。

Volatile 一般只有寫驅動或者處理信號等才會用到，表示某個內存可能被你程序之外的東西修改。

凡是說在多線程 C/C++ 程序中應該/可以使用 volatile 來修飾共享數據的都是錯的。

volatile不意味著線程安全，不意味著多線程訪問沒有問題

volatile只意味著每次讀和寫操作是有副作用的，並且對他的讀和寫操作一定在下一個序列點前生效，以此來限制編譯器對其的優化。

volatile不代表線程安全，雖然很多編譯器擴展都把volatile變數的多線程訪問做成了線程安全的，但是c標準里可從來沒這麼說過

舉個例子。

這是stm32的3.5版本的固件庫的core_cm3.h中的一段源碼，

/** * IO definitions * * define access restrictions to peripheral registers */

#ifdef __cplusplus #define __I volatile /*!&< defines "read only" permissions */ #else #define __I volatile const /*!&< defines "read only" permissions*/ #endif #define __O volatile /*!&< defines "write only" permissions */ #define __IO volatile /*!&< defines "read / write" permissions*/

可以看出這是用在讀寫外設的許可權控制。比如代碼中出現通過IO口寫一個外設狀態，又讀了回來，可能值已經變化；或連續讀了兩次；又比如使用一個空循環來延時。當開高優化時，編譯器可能改變編程本意，一步到位了。可能會出現一些奇怪的狀況。這時，假如相關變數用__IO修飾就好多了，編譯器不會自作聰明去優化掉。

說一個，實際中我遇到的作用。volatile 可以在多線程訪問同一個變數的時候，阻止編譯器優化掉這個變數。

// volatile make sure not optimized by the compiler // because two threads modify mainThreadCallback volatile MainThreadCallback mainThreadCallback;


static void* ThreadRun(void* param)

{

   while (true)

   {

        switch (mainThreadCallback)

        {

            case main_thread_on_pause:

                mainThreadCallback = main_thread_on_wait;

                continue;
            case main_thread_on_resume:

                mainThreadCallback = main_thread_on_null;

                break;
            case main_thread_on_first_resized:

                mainThreadCallback = main_thread_on_null;

                break;
            case main_thread_on_resized:

                mainThreadCallback = main_thread_on_null;

                break;

        }

    }

return NULL; }

當編譯優化開到 -O3 的時候，mainThreadCallback 不加 volatile 修飾，這個線程就會變成死循環。因為 mainThreadCallback 在主線程會被修改，編譯的時候ThreadRun線程判定 mainThreadCallback 沒有變化所以給優化掉了。

強制訪存

實質意思是用到這個變數的時候，都去這個變數的地址獲取，而不是優化為某個寄存器。

多線程共享變數必須用這個修飾，否則這個變數優化為寄存器就發生bug了。比如while（doing），由另外一個線程設置doing等於0，如果沒有這個修飾，doing初始值為1，編譯器會優化為死循環。

但是不是說通過這個實現多線程變數共享，這個是必要條件，而不是充分條件。多線程變數共享需要原子操作或者信號量。

另外還有常用於嵌入式系統，比如延時，加1計數延時，寄存器變數跟內存變數肯定時間不一樣，加這個修飾這個變數就是內存變數，延時可控。還有用來修飾指針，這個指針指向某個區域，這個區域可能是跟其他外設連接的。比如*p＝0，*p=1，*p=0，前面2個賦值在普通內存下是無意義的，而這裡可能用來實現指示燈閃爍，比如1讓指示燈亮，0讓燈滅，這三條語句本來是讓指示燈亮一下，如果編譯器優化成*p=0，顯然就出問題了。

我記得Volatile的作用好像是告訴編譯器不緩存該變數，也就是每次訪問改變數都要去內存訪問，不會訪問該變數在緩存中的副本，也就是CPU的一級二級三級等等緩存，改變的時候也是直接寫回內存的，不會放到緩存里，一個定義為volatile的變數是說這變數可能會被意想不到地改變，這樣，編譯器就不會去假設這個變數的值了。精確地說就是，優化器在用到這個變數時必須每次都小心地重新讀取這個變數的值，而不是使用保存在寄存器里的備份。

1.阻止編譯器為了提高速度將一個變數緩存到寄存器內而不寫回。

2.阻止編譯器調整操作volatile變數的指令順序。

——以上答案來自《程序員的自我修養》29頁。

據我所知的有兩個作用，一是在gcc里插入的彙編碼如果用volatile修飾，則表明這段彙編碼gcc在編譯程序時不得修改；另一個常用的用途是用來修飾變數，表明該變數是經常變化的，不得被緩存，比方說在線程里經常會有while(live){do ...},在這裡live這個變數必須是volatile的。比方說如果因為你頻繁訪問這個變數，結果編譯器優化的時候，直接mov ecx,live;然後cmp ecx,0;jz ...,那你在主線程里怎麼改這個live變數，線程也死不掉

繞過cache，直接讀CPU的寄存器。linux內核用來做原子整型之類的封裝，原因是讀寫這些數據本身只需要一個指令，而加上修身，可以保證讀的時候不會讀取舊的數據。

C++語言的類成員函數，可以用const或者volatile修飾。 const或volatile類對象，只能調用相應的const或者volatile修飾的類成員函數。

這對於使用C++語言編寫並發程序，很有意義。

1。對於可被多個線程訪問的對象，應該聲明為volatile對象。它只能調用volatile修飾的類成員函數，並且這些成員函數內部應該自己實現並發控制，保證數據讀寫的安全（沒有競態條件）。

2。對於已經獲取了互斥鎖或者進入了臨界區的程序，可以獨享對共享數據的讀寫訪問。因此，可以用const_cast運算符把const對象變為普通對象，然後可以訪問一切（包括沒有volatile修飾的）類成員函數。

以上，使得共享對象的並發訪問的安全性得到了編譯器語法級別的保護。

volatile提醒編譯器它後面所定義的變數隨時都有可能改變，因此編譯後的程序每次需要存儲或讀取這個變數的時候，都會直接從變數地址中讀取數據。如果沒有volatile關鍵字，則編譯器可能優化讀取和存儲，可能暫時使用寄存器中的值，如果這個變數由別的程序更新了的話，將出現不一致的現象

編譯器不進行優化

每次取值去內存而非寄存器

變數順序不變

volatile在C code中來修飾變數時，是告訴編譯器該變數的值"易變"，對該變數的每一次修改都是有效的，不要對該變數的操作做任何優化，並且每次訪問都從該變數的原始地址訪問。