C/C++中的volatile关键字

一、volatile变量

       C/C++ 中的 volatile 关键字和 const 对应，用来修饰变量，通常用于建立语言级别的 。这是 BS 在 "The C++ Programming Language" 对 volatile 修饰词的说明：

        A volatile specifier is a hint to a compiler that an object may change its value in ways not specified by the language so that aggressive optimizations must be avoided.

        volatile关键字是一种类型修饰符，用它声明的类型变量表示可以被某些编译器未知的因素更改，比如：操作系统、硬件或者其它线程等。遇到这个关键字声明的变量，编译器对访问该变量的代码就不再进行优化，从而可以提供对特殊地址的稳定访问。用volatile关键字声明的变量i每一次被访问时，执行部件都会从i相应的内存单元中取出i的值。

        没有用volatile关键字声明的变量i在被访问的时候可能直接从cpu的寄存器中取 值（因为之前i被访问过，也就是说之前就从内存中取出i的值保存到某个寄存器中），之所以直接从寄存器中取值，而不去内存中取值，是因为编译器优化代码的 结果（访问cpu寄存器比访问ram快的多）。

        以上两种情况的区别在于被编译成汇编代码之后，两者是不一样的。之所以这样做是因为变量i可能会经常变化，保证对特殊地址的稳定访问。

        使用该关键字的例子如：int volatile nVint;
        当要求使用volatile 声明的变量的值的时候，系统总是重新从它所在的内存读取数据，即使它前面的指令刚刚从该处读取过数据。而且读取的数据立刻被保存。 例如：
             volatile int i=10;
　　     int a = i;
　　     ...
　　     //其他代码，并未明确告诉编译器，对i进行过操作
　　     int b = i;
        volatile 指出 i是随时可能发生变化的，每次使用它的时候必须从i的地址中读取，因而编译器生成的汇编代码会重新从i的地址读取数据放在b中。而优化做法是，由于编译器发现两次从i读数据的代码之间的代码没有对i进行过操作，它会自动把上次读的数据放在b中。而不是重新从i里面读。这样以来，如果i是一个寄存器变量或者表示一个端口数据就容易出错，所以说volatile可以保证对特殊地址的稳定访问。
        注意，在vc6中，一般调试模式没有进行代码优化，所以这个关键字的作用看不出来。下面通过插入汇编代码，测试有无volatile关键字，对程序最终代码的影响：
        首先，用classwizard建一个win32 console工程，插入一个voltest.cpp文件，输入下面的代码：C++语言:

01 ＃include <stdio.h>
02
03     void main( )
04     {
05            int i=10;
06 　　     int a = i;
07 　　     printf("i= %d\n",a);
08 　　    //下面汇编语句的作用就是改变内存中i的值，但是又不让编译器知道
09 　　     __asm {
10 　　         mov dword ptr [ebp-4], 20h
11 　　     }
12 　　     int b = i;
13 　　     printf("i= %d\n",b);
14     }

/*其实不只是“内嵌汇编操纵栈”这种方式属于编译器无法识别的变量改变，另外更多的可能是多线程并发访问共享变量时，一个线程改变了变量的值，怎样让改变后的值对其它线程 visible。*/

        然后，在调试版本模式运行程序，输出结果如下：
　        i = 10
　　    i = 32
　　然后，在release版本模式运行程序，输出结果如下：
　　    i = 10
　　    i = 10
　　输出的结果明显表明，release模式下，编译器对代码进行了优化，第二次没有输出正确的i值。
　　下面，我们把 i的声明加上volatile关键字，看看有什么变化：
　　＃i nclude
　　void main()
　　{
　　    volatile int i=10;
　　    int a = i;
　　    printf("i= %d\n",a);
　　    __asm {
　　        mov dword ptr [ebp-4], 20h
　　    }
　　    int b = i;
　　    printf("i= %d\n",b);
　　}
　　分别在调试版本和release版本运行程序，输出都是：
　　    i = 10
　　    i = 32
　　这说明这个关键字发挥了它的作用！vc的截图如下：
    备注
        系统总是在 volatile 对象被请求的那一刻读取其当前值，即使上一条指令从同一对象请求值。而且，该对象的值在赋值时立即写入。
        volatile 修饰符通常用于由多个线程访问而不使用 lock 语句来序列化访问的字段。使用 volatile 修饰符能够确保一个线程检索由另一线程写入的最新值。

二、典型应用举例

1.  
volatilefor ( int i=0; i<100000; i++);
        这个语句用来测试空循环的速度的 ，但是编译器肯定要把它优化掉，根本就不执行
如果你写成：  
for ( volatile int i=0; i<100000; i++);
        它就会执行了。

        volatile的本意是“易变的” ，volatile应该解释为“直接存取原始内存地址”比较合适，“易变的”这种解释简直有点误导人，“易变”是因为外在因素引起的，像多线程，中断等， 并不是因为用volatile修饰了的变量就是“易变”了，假如没有外因，即使用volatile定义，它也不会变化。
2.   
        volatile由于访问寄存器的速度要快过RAM，所以编译器一般都会作减少存取外部RAM的优化。比如：
    static int i=0;
    int main(void)
    {
        ...
        while (1)
        {
            if (i) dosomething();
        }
    }

   /* Interrupt service routine. */
    void ISR_2(void)
    {
        i=1;
    }

        程序的本意是希望ISR_2中断产生时，在main当中调用dosomething函数，但是，由于编译器判断在main函数里面没有修改过i，因此可能 只执行一次对从i到某寄存器的读操作，然后每次if判断都只使用这个寄存器里面的“i副本”，导致dosomething永远也不会被调用。如果将将变量 加上volatile修饰，则编译器保证对此变量的读写操作都不会被优化（肯定执行）。此例中i也应该如此说明。

3.
        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
        嵌入式系统程序员常用到volatile，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。
         补充问题:  
            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;
            }
        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;
             }

4.
        volatile一般说来，volatile用在如下的几个地方：

    1) 中断服务程序中修改的供其它程序检测的变量需要加volatile；
    2) 多任务环境下各任务间共享的标志应该加volatile；
    3) 存储器映射的硬件寄存器通常也要加volatile说明，因为每次对它的读写都可能由不同意义；

    另外，以上这几种情况经常还要同时考虑数据的完整性（相互关联的几个标志读了一半被打断了重写），在1中可以通过关中断来实现，2中可以禁止任务调度，3中则只能依靠硬件的良好设计了。

三、volatile指针

四、VC6.0中的Debug模式和Release模式区别
        Debug 通常称为调试版本，它包含调试信息，并且不作任何优化，便于程序员调试程序。Release 称为发布版本，它往往是进行了各种优化，使得程序在代码大小和运行速度上都是最优的，以便用户很好地使用。

        debug跟release在初始化变量时所做的操作是不同的，debug是将每个字节位都赋成0xcc， 而release的赋值近 似于随机(我想是直接从内存中分配的，没有初始化过)。这样就明确了，如果你的程序中的某个变量没被初始化就被引用，就很有可能出现异常：用作控制变量将 导致流程导向不一致；用作数组下标将会使程序崩溃；更加可能是造成其他变量的不准确而引起其他的错误。所以在声明变量后马上对其初始化一个默认的值是最简 单有效的办法，否则项目大了你找都没地方找。代码存在错误在debug方式下可能会忽略而不被察觉到，如debug方式下数组越界也大多不会出错，在 release中就暴露出来了，这个找起来就比较难了:( 。

        Debug版本就是调试版本，Visual C++ 6.0默认的就是Debug版本。在Debug版本中，可以使用单步执行、跟踪等功能，但其生成的可执行文件比较大，代码运行比较慢。Release版本 就是发行版本，其运行速度较快，可执行文件较小，但在其编译条件下无法执行调试功能。  

        还有一点，Release版本的exe文件链接的目标是标准的MFC DLL(Use MFC in a shared or static dll)。比如MFC42.DLL。这些DLL在安装windows的时候，就会装到系统中。因此，这样的exe在没有安装Visual C++ 6.0的机器上也能运行。而Debug版本的exe链接了调试版本的MFC DLL文件，比如MFC42.DLL。在没有安装Visual C++ 6.0的机器上不能运行，因为缺少MFC42D.DLL等，除非选择use static dll when link。   

        Debug版本中包含大量的调试信息，所以我们能够单步执行、Watch表达式等等，而release版本仅包含我们的代码。由于要利于程序的测 试，Debug版本的程序附带很多测试信息和测试程序时才需要的代码，所以Debug版本的程序需要VC的Debug（注意这里不是指程序的Debug， 而是指VC的调试器）才能运行。而Release版本就不具有这些特性，所以在Release版本的程序上不能做调试！打包就相当于将你制作的东西发布出 去，应该是优化过的代码，当然要用发布版本，即Release版本。

        两者所用的动态连接库是不一样的,Release版本所需要的dll和lib已经包含在Windows的system(或者system32)下，所以只 需要拷贝就可以运行了，但是Debug版本需要的dll和lib是在安装vc时装上去的，如果你想直接将debug版本给用户，需要拷贝几个文件，但这样 显得很臃肿，一般来说不可取。

         Debug 和 Release 的真正区别，在于一组编译选项。

Debug 版本参数含义  
/MDd /MLd 或 /MTd 使用 Debug runtime library(调试版本的运行时刻函数库)  
/Od 关闭优化开关  
/D "_DEBUG" 相当于 #define _DEBUG,打开编译调试代码开关(主要针对assert函数)  
/ZI  
创建 Edit and continue(编辑继续)数据库，这样在调试过程中如果修改了源代码不需重新编译  
GZ 可以帮助捕获内存错误

Release 版本 参数含义  
/MD /ML 或 /MT 使用发布版本的运行时刻函数库  
/O1 或 /O2 优化开关，使程序最小或最快  
/D "NDEBUG" 关闭条件编译调试代码开关(即不编译assert函数)  
/GF 合并重复的字符串，并将字符串常量放到只读内存，防止被修改  

        Debug 和 Release 并没有本质的界限，他们只是一组编译选项的集合，编译器只是按照预定的选项行动。
参考: http://www.cnblogs.com/jembai/archive/2009/01/13/1374805.html

五、

       C++优化器为每个文件生成目标代码，链接程序把各个模块连接起来，解释每个模块的外部引用，并链 入一些系统库，最终生成可执行程序。为了检查源码语法是否正确，编译器要执行静态类型检查，但程序中使用的外部变量和函数编译器无从知晓，需要程序员在使 用前声明。声明告诉编译器这个名字会在某处定义，它应该按声明的这样使用，而定义才会分配内存，定义同时也有声明的作用。链接程序只会链接含有你使用的函 数或变量的模块。