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我读到了 Cvolatile关键字在内存映射硬件寄存器、ISR 和多线程程序中的用法。

1) 注册

uint8_t volatile * pReg;
while (*pReg == 0) { // do sth } // pReg point to status register

2) ISR

int volatile flag = 0;
int main() 
{
    while(!flag) { // do sth }
}
interrupt void rx_isr(void)
{
    //change flag
}

3) 多线程

int volatile var = 0;
int task1()
{
    while (var == 0) { // do sth }
}
int task2()
{
    var++;
}

我可以看到为什么编译器会错误地优化while情况 1）如果volatile不存在，因为变量更改是由硬件进行的，编译器可能看不到代码对变量的任何更改。

但是对于案例 2) 和 3)，为什么需要 volatile 呢？在这两种情况下，变量都被声明为global，编译器可以看到它在多个地方使用。while那么，如果变量不是，为什么编译器会优化循环volatile呢？

是因为编译器的设计不知道“异步调用”（在 ISR 的情况下）还是多线程？但这不可能，对吧？

此外，case 3) 看起来像一个没有volatile关键字的多线程中的普通程序。假设我为全局变量添加了一些锁定（无volatile关键字）：

int var = 0;
int task1()
{
    lock();   // some mutex
    while (var == 0) { do sth }
    release()
}
int task2()
{
    lock();
    var++;
    release();
}

对我来说这看起来很正常。那么我真的需要volatile多线程吗？为什么我以前从未见过volatile将限定符添加到变量以避免多线程程序中的优化？

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使用volatile关键字的主要目的是防止编译器生成使用 CPU 寄存器作为表示变量的更快方式的代码。这会强制编译的代码在每次访问变量时访问 RAM 中的确切内存位置，以获取它的最新值，该值可能已被另一个实体更改。通过添加volatile，我们确保我们的代码知道其他任何人（如硬件或 ISR）对变量所做的任何更改，并且不会发生一致性问题。

在没有volatile关键字的情况下，编译器尝试通过将变量的内容从 RAM 读取到 CPU 寄存器一次并在循环或函数中使用该缓存值来生成更快的代码。访问 RAM 可能比访问 CPU 寄存器慢几十倍。

我有过第 1 项和第 2 项的经验，但我认为您不需要像volatile在多线程环境中那样定义变量。添加锁定/解锁机制是解决同步问题所必需的，与内容无关volatile。

于 2012-10-05T05:09:58.293 回答
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是因为编译器的设计不知道“异步调用”（在 ISR 的情况下）还是多线程？但这不可能，对吧？

是的，就是这样。

在 C 中，编译器没有并发的概念，因此允许重新排序和缓存内存访问，只要来自单个线程的视图无法注意到差异。

这就是为什么您需要 volatile （阻止对变量进行这种优化）、内存屏障（在程序的单个点为所有变量阻止它）或其他形式的同步，例如锁定（通常充当内存屏障）。

于 2012-10-07T14:52:31.097 回答
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编译器确实允许除非满足某些特定条件，否则没有其他任何东西会更改您的变量。其中之一是可变访问；其他是某些编译器障碍。

您可能想到的编写多线程代码的天真方法确实容易出错，并且会被视为未定义的行为。如果你有正确的多线程代码，那么优化仍然是合法的（比如在你的 finaltask1中，循环仍然是 UB 并且可能被抛出），或者同步原语将包含必要的障碍（通常在一些原子的胆量中）变量）。

总结一下，这里是多线程示例的更正版本：

 for (;;)
 {
     lock();
     if (var != 0) { unlock(); break; }
     unlock();
 }

该unlock()函数的实现引入了一个编译器屏障，它确保循环不能被优化掉。

于 2012-10-05T02:34:15.807 回答
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您可以通过使用屏障自由地避免多线程软件中的易失性变量。您可以在 linux 内核源代码中找到许多示例。还使用障碍而不是 volatile 允许编译器生成更高效的代码。

于 2012-10-05T12:43:41.590 回答
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至于情况2），

我在您的问题中多次编写了与案例2）相同的代码，并且没有遇到任何问题。我认为这是因为现代编译器可以处理这种情况。比如说，编译器可以“看到”我在“rx_isr”中更改了“flag”，并且没有添加任何优化。但是，由于以下原因，这是不安全的：

1）您的编译器的优化级别，可能会影响以下原因 3）

2）调用你的isr的方法，可能是一个函数指针不在编译器的视图中

3) 编译器实现，不同的编译器可能对“see flag changed in isr”有不同的定义

...

所以，为了最大程度的安全和便携，只要加上“volatile”就行了。

于 2018-01-23T08:43:32.267 回答