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我目前正在使用 Atmel AVR 微控制器 (gcc)，但希望答案适用于一般的微控制器世界，即通常是单线程但带有中断。

volatile我知道在访问可以在 ISR 中修改的变量时如何在 C 代码中使用。例如：

uint8_t g_pushIndex = 0;
volatile uint8_t g_popIndex = 0;
uint8_t g_values[QUEUE_SIZE];

void waitForEmptyQueue()
{
    bool isQueueEmpty = false;
    while (!isQueueEmpty)
    {
        // Disable interrupts to ensure atomic access.
        cli();
        isQueueEmpty = (g_pushIndex == g_popIndex);
        sei();
    }
}

ISR(USART_UDRE_vect) // some interrupt routine
{
    // Interrupts are disabled here.
    if (g_pushIndex == g_popIndex)
    {
        usart::stopTransfer();
    }
    else
    {
        uint8_t value = g_values[g_popIndex++];
        g_popIndex &= MASK;
        usart::transmit(value);
    }
}

因为 g_popIndex 在 ISR 内部修改并在 ISR 外部访问，所以必须声明它volatile以指示编译器不要优化对该变量的内存访问。请注意，除非我弄错了，g_pushIndex并且g_values不需要声明volatile，因为它们没有被 ISR 修改。

我想把队列相关的代码封装在一个类里面，这样就可以复用了：

class Queue
{
public:
    Queue()
    : m_pushIndex(0)
    , m_popIndex(0)
    {

    }

    inline bool isEmpty() const
    {
        return (m_pushIndex == m_popIndex);
    }

    inline uint8_t pop()
    {
        uint8_t value = m_values[m_popIndex++];
        m_popIndex &= MASK;
        return value;
    }

    // other useful functions here...

private:
    uint8_t m_pushIndex;
    uint8_t m_popIndex;
    uint8_t m_values[QUEUE_SIZE];
};

Queue g_queue;

void waitForEmptyQueue()
{
    bool isQueueEmpty = false;
    while (!isQueueEmpty)
    {
        // Disable interrupts to ensure atomic access.
        cli();
        isQueueEmpty = g_queue.isEmpty();
        sei();
    }
}

ISR(USART_UDRE_vect) // some interrupt routine
{
    // Interrupts are disabled here.
    if (g_queue.isEmpty())
    {
        usart::stopTransfer();
    }
    else
    {
        usart::transmit(g_queue.pop());
    }
}

上面的代码可以说更具可读性。volatile但是，在这种情况下应该怎么做呢？

1）还需要吗？即使声明了函数，调用该方法是否Queue::isEmpty()以某种方式确保对 的非优化访问？我不信。我知道编译器使用启发式方法来确定是否不应该优化访问，但我不喜欢依赖这种启发式方法作为通用解决方案。g_queue.m_popIndexinline

2）我认为一个有效（有效）的解决方案是Queue::m_popIndex volatile在类定义中声明成员。但是，我不喜欢这种解决方案，因为类的设计者Queue需要确切知道如何使用它来知道必须是哪个成员变量volatile。它不会随着未来的代码更改而很好地扩展。此外，所有Queue实例现在都将拥有一个volatile成员，即使有些实例未在 ISR 中使用。

3) 如果将Queue类视为内置类，我认为自然的解决方案是将全局实例g_queue本身声明为volatile，因为它在 ISR 中被修改并在 ISR 之外访问。但是，这并不好用，因为只能volatile对volatile对象调用函数。Queue突然之间，必须声明的所有成员函数volatile（不仅仅是constISR 中使用的那些或那些）。再说了，设计者怎么能Queue提前知道呢？此外，这会惩罚所有Queue用户。仍然存在复制所有成员函数并在类中同时具有volatile和非volatile重载的可能性，因此非volatile用户不会受到惩罚。不漂亮。

4)Queue该类可以在策略类上进行模板化，该策略类可以选择性地volatile仅在需要时添加到其所有成员变量。同样，类设计者需要提前知道这一点，解决方案更难理解，但是哦，好吧。

我很想知道我是否缺少一些更简单的解决方案。作为旁注，我正在编译没有 C++11/14 支持（还）。

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1 回答 1

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是的，内联是绝对需要的。
1) 编译器通常在每个被调用的地方放置一个内联函数的新副本。这种优化似乎不会影响 volatile 变量。所以这没关系。
2）我认为这是正确的解决方案（带有扩展名）。因为您唯一需要可变的变量实际上是队列索引。
3) 不，不需要将整个类实例标记为 volatile，因为它可能会阻止其他潜在的优化。
4）您可以使用继承。声明队列必须具有哪些函数的接口，以及两个继承的类，一个使用 ISR（具有队列索引 volatile），另一个不使用 ISR。此外，您始终可以定义您的类也模板化：

template<typename T>
class IQueue
{
public:
        virtual bool isEmpty() const = 0;
        virtual T pop() = 0;
protected:
    uint8_t pushIndex;
    T values[QUEUE_SIZE];
};


template<typename T>
class ISRQueue : public IQueue<T>
{
    volatile uint8_t popIndex;
public:
    inline bool isEmpty()const
    {
        return (pushIndex == popIndex);
    }

    inline T pop()
    {
        T value = values[popIndex++];
        popIndex &= MASK;
        return value;
    }
};

template<typename T>
class Queue : public IQueue<T>
{
    uint8_t popIndex;
public:
    inline bool isEmpty()const
    {
        return (pushIndex == popIndex);
    }

    inline T pop()
    {
        T value = values[popIndex++];
        popIndex &= MASK;
        return value;
    }
};

typedef ISRQueue<uint8_t> ISRQueueUInt;
typedef ISRQueue<uint8_t> QueueUInt;
于 2015-03-04T05:52:03.920 回答