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分类: C/C++

2011-05-19 21:31:44

讲讲volatile的作用
2011年5月19日面试中,遇到的题目。
我自封为C语言高手。还有东西需要积累。
一个定义为volatile的变量是说这变量可能会被意想不到地改变,这样,编译器就不会去假设这个变量的值了。精确地说就是,优化器在用到这个变量时必须每次都小心地重新读取这个变量的值,而不是使用保存在寄存器里的备份。下面是volatile变量的几个例子: 
    1). 并行设备的硬件寄存器(如:状态寄存器) 
    2). 一个中断服务子程序中会访问到的非自动变量(Non-automatic variables) 
    3). 多线程应用中被几个任务共享的变量 
举三个例子,我只想出两个。
    回答不出这个问题的人是不会被雇佣的。我认为这是区分C程序员和嵌入式系统程序员的最基本的问题。嵌入式系统程序员经常同硬件、中断、RTOS等等打交道,所用这些都要求volatile变量。不懂得volatile内容将会带来灾难。 
    假设被面试者正确地回答了这是问题(嗯,怀疑这否会是这样),我将稍微深究一下,看一下这家伙是不是直正懂得volatile完全的重要性。 
    1). 一个参数既可以是const还可以是volatile吗?解释为什么。 
    2). 一个指针可以是volatile 吗?解释为什么。 
    3). 下面的函数有什么错误: 
         int square(volatile int *ptr) 
         { 
              return *ptr * *ptr; 
         } 

对于上述问题:小哥我更是惭愧。一个都没答对。
关键是对const和volatile的理解不到位。
    下面是答案: 
    1). 是的。一个例子是只读的状态寄存器。它是volatile因为它可能被意想不到地改变。它是const因为程序不应该试图去修改它。 
    2). 是的。尽管这并不很常见。一个例子是当一个中服务子程序修该一个指向一个buffer的指针时。 
    3). 这段代码的有个恶作剧。这段代码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; 
            a = *ptr; 
            return a * a; 
     } 
讲讲我的理解: (欢迎打板子...~~!) 

关键在于两个地方:      
  
1. 编译器的优化  (请高手帮我看看下面的理解) 

在本次线程内, 当读取一个变量时,为提高存取速度,编译器优化时有时会先把变量读取到一个寄存器中;以后,再取变量值时,就直接从寄存器中取值; 

当变量值在本线程里改变时,会同时把变量的新值copy到该寄存器中,以便保持一致 

当变量在因别的线程等而改变了值,该寄存器的值不会相应改变,从而造成应用程序读取的值和实际的变量值不一致 

当该寄存器在因别的线程等而改变了值,原变量的值不会改变,从而造成应用程序读取的值和实际的变量值不一致  


举一个不太准确的例子:  

发薪资时,会计每次都把员工叫来登记他们的银行卡号;一次会计为了省事,没有即时登记,用了以前登记的银行卡号;刚好一个员工的银行卡丢了,已挂失该银行卡号;从而造成该员工领不到工资  

员工 -- 原始变量地址  
银行卡号 -- 原始变量在寄存器的备份  
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