每天解决一个问题15：嵌入式C语言中const与volatile的用法详解

拉肚肚 · 发表于 2015-9-17 19:58:56

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const最主要的特点就是只读，有常量、常量指针，如果不是特别小心的分析C语言语句的书写格式，再加上指针的使用，就特别容易弄错。
volatile关键字是一个类型修饰符，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；如果不使用valatile，则编译器将对所声明的语句进行优化。之所以优化是因为访问寄存器要比访问内存单元快得多。但是优化之后容易出现问题，例如现在要直接对内存地址单元的内容修改，如果继续使用未经过valatile声明的变量，则读到的值有可能是寄存器中未经过修改的值，但本意是要读发生变化后的数值，所以会出现意想不到的错误。而经valatile声明的变量，每次访问该变量时都会从内存单元中重新读取。
const经常用于声明不希望被其它程序修改的常量；volatile经常用于声明因意外而可能发生改变的变量。
下面具体分析两个变量的用法：
1、const
关键字const有什么含意？
我只要一听到被面试者说：“const意味着常数”，我就知道我正在和一个业余者打交道。其实只要能说出const意味着“只读”就可以了。尽管这个答案不是完全的答案，但我接受它作为一个正确的答案。如果应试者能正确回答这个问题，我将问他一个附加的问题：
下面的声明都是什么意思？
const int a;
int const a;
const int *a;
int * const a;
int const * a const;
前两个的作用是一样，a是一个常整型数；第三个意味着a是一个指向常整型数的指针（也就是，整型数是不可修改的，但指针可以）；第四个意思a是一个指向整型数的常指针（也就是说，指针指向的整型数是可以修改的，但指针是不可修改的）；最后一个意味着a是一个指向常整型数的常指针（也就是说，指针指向的整型数是不可修改的，同时指针也是不可修改的）。如果应试者能正确回答这些问题，那么他就给我留下了一个好印象。
2、volatile
关键字volatile有什么含意？并给出三个不同的例子。
一个定义为volatile的变量是说该变量可能会被意想不到地改变，这样，编译器就不会去假设该变量的值了。精确地说，优化器在用到该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
(2) 多线程应用中被几个任务共享的变量
回答不出这个问题的人是不会被雇佣的。我认为这是区分C程序员和嵌入式系统程序员的最基本的问题。搞嵌入式的同志们经常同硬件、中断、RTOS等等打交道，所有这些都要求用到volatile变量。不懂得volatile的内容将会带来灾难。
假设被面试者正确地回答了这是问题（嗯，怀疑是否会是这样），我将稍微深究一下，看一下这家伙是不是直正懂得volatile完全的重要性。
(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) 这段代码有点变态。这段代码的目的是用来返回指针*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改变，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;
}

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