C語言 volatile 關鍵字在編譯優化過程中有何作用

初學的讀者可能不怎麼關心編譯器優化的功能，但對於經驗豐富的工程師來說，掌握代碼優化是必備技能。

今天講述的話題就是關於代碼優化中，關鍵字volatile在優化過程中起到的作用。

一、關鍵字 volatile 是什麼？

volatile是一個類型修飾符（type specifier）。 

volatile的作用是作為指令關鍵字，確保本條指令不會因編譯器的優化而省略，且要求每次直接讀值。

volatile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。

---來自百度百科

volatile的定義，應該在（讀書）學習時都看過無數遍，但我相信絕大部分人都沒有深刻理解其中含義。

當你真正編程、開發項目之後，你就會進一步理解其中含義。

二、volatile關鍵字對編譯器優化的影響

我們都知道編譯器有優化代碼的功能，我們常用的集成開發環境（Keil、 IAR等）都有優化選項。

如果不使用關鍵字 volatile 申明變量，則編譯器可能會對變量的訪問並生成非預期的代碼或刪除預期的功能。

1.何時使用volatile？

常見使用volatile聲明的情況：

• 訪問內存映射外設。

• 在多個線程之間共享全局變量。

• 在中斷例程或信號處理程序中訪問全局變量。

比如，在STM32代碼中：

#define __O volatile #define     __IO    volatile             

瀏覽代碼，你會發現，很多地方都使用了「__IO」，也就是volatile.

在跑系統的項目中，線程間共享的全局變量，建議都加上volatile關鍵字，這一點，很多人沒有在意。

2.不使用volatile時可能出現的問題

如果未將變量用volatile聲明，則編譯器會假定其值不能在其定義的範圍之外進行修改。

因此，編譯器可能會執行不需要的優化。這可以通過多種方式表現出來：

• 在輪詢硬體時，代碼可能會陷入循環。

• 多線程代碼可能會表現出奇怪的行為。

• 優化可能會導致刪除實現故意時序延遲的代碼。

舉例：

自己寫一個延時函數：

void Delay(int Cnt){ int i;
while(Cnt--) { i++; for(i=0; i<10; i++); }}

你在不同優化等級情況下，延時時間可能會不一樣；

同樣的代碼，你在Keil 和 IAR環境下編譯出來的延時時間也可能不一樣。

當然，更深入的理解就會牽涉到彙編代碼，編譯之後的彙編代碼會比較直觀的呈現差異。

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