01、簡述
一個定義為volatile的變量是說這變量可能會被意想不到地改變，這樣，編譯器就不會去假設這個變量的值了。精確地說就是，優化器在用到這個變量時必須每次都小心地重新讀取這個變量的值，而不是使用保存在寄存器里的備份。
如果沒有volatile關鍵字，則編譯器可能優化讀取和存儲，可能暫時使用寄存器中的值，如果這個變量由別的程序更新了的話，將出現不一致的現象。
簡單來說，如果這變量很重要，且你不想它被編譯器優化，就用volatile修飾。
02、用處
關於編譯器優化
如果你在編譯器器開了優化，那么就要小心了。以下代碼使用IAR7.20，優化等級High，選Balanced。main函數的主循環如下
while (1) { Delay_ms(500); LCD_refresh_flg = 0; Delay_ms(500); if(LCD_refresh_flg){ LCD_refresh_flg = 0; LCD_ShowString(0,13,"receive_data"); } }
其中LCD_refresh_flg變量在串口中斷中
void USART1_IRQHandler(void) { if(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC)) { USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_TC); } if(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE)) { LCD_refresh_flg = 1; USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_RXNE); } }
其中延時函數如下
/** * @brief Inserts a delay time. * @param nTime: specifies the delay time length, in 10 ms. * @retval None */ void Delay_ms(uint32_t nTime) { TimingDelay = nTime; while(TimingDelay != 0); } /** * @brief Decrements the TimingDelay variable. * @param None * @retval None */ void TimingDelay_Decrement(void) { if (TimingDelay != 0x00) { TimingDelay--; } } /** * @brief This function handles SysTick Handler. * @param None * @retval None */ void SysTick_Handler(void) { TimingDelay_Decrement(); }
這是簡單的示例代碼（為了說明問題，實際項目開發應該沒有類似的代碼），代碼設計的意圖是串口收到數據，LCD顯示字符串。但debug時如下
在單步執行時，第85行代碼被直接跳過了，且在85行也無法打斷點。查看反匯編代碼，確認第85,87,88,89代碼直接被編譯器優化沒了。
可能編譯器在想，在85行將LCD_refresh_flg變量清零，而86行代碼量又不大，所以認為87行的if條件不成立，這全部優化掉了。編譯器完全沒有想到我們的延時長達500ms，且在串口中斷中會將LCD_refresh_flg置1，這完全違背我們的設計意圖。
如果我們將LCD_refresh_flg使用volatile修飾，volatileuint8_t LCD_refresh_flg;在編譯器不變，優化等級不變時，運行如下：
雖然編譯器和優化等級都是一樣的，但是這個時候，不再優化LCD_refresh_flg變量。
當然這是編譯優化的結果，並不是說，在main函數的主循環的先對變量清零，再后邊判斷變量就會被編譯器優化。如下代碼，LCD_refresh_flg沒有使用volatile修飾。
此時LCD_ShowString函數是代碼量很大的函數，這個時候編譯器就不敢輕易優化LCD_refresh_flg變量了。希望大家能從這個例子中理解volatile對編譯優化的影響。
關於訪問硬件
存儲器映射的硬件寄存器通常也要加voliate，因為每次對它的讀寫都可能有不同意義。例如：假設要對一個設備進行初始化，此設備的某一個寄存器為0xff800000。（例子僅為說明問題，不具有實戰意義）
int *output = (unsigned int *)0xff800000;//定義一個IO端口； int init(void) { int i; for(i=0;i< 10;i++){ *output = i; } }
經過編譯器優化后，編譯器認為前面循環半天都是廢話，對最后的結果毫無影響，因為最終只是將output這個指針賦值為9，所以編譯器最后給你編譯編譯的代碼結果相當於：
int init(void) { *output =9; }
這明顯是不符合我們的設計意圖的。
不僅僅是寫操作，讀操作亦是如此。如果你需要反復讀取一個寄存器的值，那么編譯器在優化只有讀取1次。這時候就該使用volatile通知編譯器在遇到此變量時候不要優化。在這里多說一句，我們這里說的是編譯器，且是嵌入式方面的，不同的編譯器會有不同結果，所以上面的例子並非是在不同的編譯器必現的。但是在嵌入式領域反復訪問硬件寄存器，加上volatile是有必要的。
中斷服務程序
在斷服務程序中修改的供其它程序檢測的變量，需要加volatile，中斷是會突然發生的，當變量在觸發某中斷程序中修改，而編譯器判斷主函數里面沒有修改該變量，因此可能只執行一次從內存到某寄存器的讀操作，而后每次只會從該寄存器中讀取變量副本，使得中斷程序的操作被短路。加上volatile修飾，內核每次都會小心的從該變量存儲的內存中重新讀取數據，而不是從已經加載到內核寄存器中的值。
RTOS系統下需要注意
這個問題本質上和上一個是一樣的，都是為了防止內核從寄存器中讀取變量的值，而不是從變量存儲的內存讀取。特別是具有搶占屬性的RTOS，本質上也是中斷時，緊急的任務立即打斷了正在執行的任務，“類似”於中斷。如果有同學了解RTOS的話，可以想一下RTOS的臨界區的概念，都是為了保護變量。這里不再對RTOS進行詳述。如果有同學了解Linux的話，那就更好了，volatile的作用和linux的原子操作是差不過的。這里也不再詳述，只是發散一下思維。
3、volatile問題
volatile在面試中是非常容易見到的，下面總結一下常見的
1.一個參數既可以是const還可以是volatile嗎？
可以的，例如只讀的狀態寄存器。它是volatile因為它可能被意想不到地改變。它是const因為程序不應該試圖去修改它。
2.一個指針可以是volatile嗎？
可以，當一個中服務子程序修改一個指向buffer的指針時。
3.下面的函數有什么錯誤？
int square(volatile int*ptr) { return*ptr * *ptr; }
該程序的目的是用來返指針*ptr指向值的平方，但是，由於*ptr指向一個volatile型參數，編譯器將產生類似下面的代碼：
int square(volatile int*ptr) { int a,b; a = *ptr; b = *ptr; return a * b; }
由於*ptr的值可能被意想不到地改變，因此a和b可能是不同的。結果，這段代碼可能返回不是你所期望的平方值！正確的代碼如下：
long square(volatile int*ptr) { int a; a = *ptr; return a * a; }
注意：頻繁地使用volatile很可能會增加可執行文件的大小和降低性能，因此要合理的使用volatile，不能濫用volatile。
4、總結
volatile 關鍵字是一種類型修飾符，它的總結如下
- 使用volatile關鍵字修飾的變量，可以避免編譯器優化，遇到這個關鍵字聲明的變量，編譯器對訪問該變量的代碼就不再進行優化，從而可以提供對特殊地址的穩定訪問。
- 使用volatile關鍵字修飾的變量，每次都是重新讀取內存中的值，而不是使用保存在寄存器里的值了；在中斷，RTOS，硬件訪問多用到。
- 頻繁地使用volatile很可能會增加可執行文件的大小和降低性能，因此要合理的使用volatile，不能濫用volatile。
嵌入式系統程序員經常同硬件、中斷、RTOS等等打交道，這是區分C程序員和嵌入式系統程序員的最基本的問題，所以在嵌入式應用中這些要求使用volatile變量。不懂得volatile的話可能將會帶來災難。
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