C語言之volatile關鍵字

1. 什么是volatile關鍵字？

volatile用于宣告一個變數，告訴編譯器該變數值容易發生改變，在編譯、讀取、存盤該變數的時候都不要做任何優化，因此編譯后的程式每次需要存盤或讀取這個變數的時候，都會直接從變數地址中讀取存盤資料，不做優化，在我們做嵌入式開發的時候，該關鍵字作用很大，因為有時變數地址有可能是系統的一個外設地址，他的值的變化并不在程式控制范圍內，隨時有可能變化，因此需要對他進行宣告，每次讀取或者存盤直接對地址進行操作，而不經過其他中間商，下面我以一個例子來分析vilatile的作用：

2. GCC優化等級

在看例子前先了解一下GCC的優化概念，通常C語言的編譯器使用的是GCC編譯器，他有個以下幾個等級的優化

-O0 ：(默認)：沒有優化，
-O或-O1 ：優化，但不要花費太多的時間，
-O2 ：更積極地優化
-O3 ：最積極地優化
-Ofast ：最高級的優化
-Os ：優化代碼大小
-Og ：在盡量不干擾除錯的情況下優化

開啟不同的優化等級，程式編譯后的結果就會發生一定的變化，而volatile就是在開啟優化的情況下使用，保護變數不被優化

3.volatile宣告變數測驗

我們先寫一段c程式

#include <stdio.h>
int main(void)
{
    int i=0;
    i=1;
    i=2;
    i=3;
    printf("%d",i);
    return 0;
}

程式創建一個變數i，對i進行三次賦值，使用-O默認優化等級對代碼進行編譯，查看匯編結果，我們可以看到優化后，i=1和i=2被優化，沒有生成之間匯編代碼，直接取最后的值尋址賦值給i

20210729224832

當我們使用Volatile宣告變數后

#include <stdio.h>
int main(void)
{
    volatile int i=0;
    i=1;
    i=2;
    i=3;
    printf("%d",i);
    return 0;
}

編譯如下，可以看到變數i的每一個賦值都生成了匯編代碼，沒有被優化，每次賦值都重新尋址賦值

20210729224926

當我們使用volatile對一個映射到外部暫存器的地址進行宣告后，如果像上面連續賦值來傳資料給外部暫存器，使用volatile宣告就可以保護指令不會被優化，程式實作正常功能，當然除了用于對暫存器的保護外，volatile有時也使用在多執行緒間共享變數的保護，如果不注意，編譯器會認為變數只在當前函式使用而進行優化，在其他任務中進行的改變就變的無效；如果中斷中改變一個狀態變數給其他函式進行檢測，如果沒有加volatile進行宣告，也可以會因為編譯器的優化而無效，所以大家在以上三種情況下使用變數時可以結合編譯器的優化等級考慮一下，是不是需要將變數宣告一下volatile關鍵字！！！

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