嵌入式C語(yǔ)言中const與volatile的用法詳解

const最主要的特點(diǎn)就是只讀，有常量、常量指針，如果不是特別小心的分析C語(yǔ)言語(yǔ)句的書(shū)寫(xiě)格式，再加上指針的使用，就特別容易弄錯。
volatile關(guān)鍵字是一個(gè)類(lèi)型修飾符，用它聲明的類(lèi)型變量表示可以被某些編譯器未知的因素更改，比如：操作系統、硬件或者其它線(xiàn)程等。遇到這個(gè)關(guān)鍵字聲明的變量，編譯器對訪(fǎng)問(wèn)該變量的代碼就不再進(jìn)行優(yōu)化，從而可以提供對特殊地址的穩定訪(fǎng)問(wèn)；如果不使用valatile，則編譯器將對所聲明的語(yǔ)句進(jìn)行優(yōu)化。之所以?xún)?yōu)化是因為訪(fǎng)問(wèn)寄存器要比訪(fǎng)問(wèn)內存單元快得多。但是優(yōu)化之后容易出現問(wèn)題，例如現在要直接對內存地址單元的內容修改，如果繼續使用未經(jīng)過(guò)valatile聲明的變量，則讀到的值有可能是寄存器中未經(jīng)過(guò)修改的值，但本意是要讀發(fā)生變化后的數值，所以會(huì )出現意想不到的錯誤。而經(jīng)valatile聲明的變量，每次訪(fǎng)問(wèn)該變量時(shí)都會(huì )從內存單元中重新讀取。
const經(jīng)常用于聲明不希望被其它程序修改的常量；volatile經(jīng)常用于聲明因意外而可能發(fā)生改變的變量。
下面具體分析兩個(gè)變量的用法：
1、const
關(guān)鍵字const有什么含意？
我只要一聽(tīng)到被面試者說(shuō)：“const意味著(zhù)常數”，我就知道我正在和一個(gè)業(yè)余者打交道。其實(shí)只要能說(shuō)出const意味著(zhù)“只讀”就可以了。盡管這個(gè)答案不是完全的答案，但我接受它作為一個(gè)正確的答案。如果應試者能正確回答這個(gè)問(wèn)題，我將問(wèn)他一個(gè)附加的問(wèn)題：
下面的聲明都是什么意思？
const int a;
int const a;
const int *a;
int * const a;
int const * a const;
前兩個(gè)的作用是一樣，a是一個(gè)常整型數；第三個(gè)意味著(zhù)a是一個(gè)指向常整型數的指針（也就是，整型數是不可修改的，但指針可以）；第四個(gè)意思a是一個(gè)指向整型數的常指針（也就是說(shuō)，指針指向的整型數是可以修改的，但指針是不可修改的）；最后一個(gè)意味著(zhù)a是一個(gè)指向常整型數的常指針（也就是說(shuō)，指針指向的整型數是不可修改的，同時(shí)指針也是不可修改的）。如果應試者能正確回答這些問(wèn)題，那么他就給我留下了一個(gè)好印象。
2、volatile
關(guān)鍵字volatile有什么含意？并給出三個(gè)不同的例子。
一個(gè)定義為volatile的變量是說(shuō)該變量可能會(huì )被意想不到地改變，這樣，編譯器就不會(huì )去假設該變量的值了。精確地說(shuō)，優(yōu)化器在用到該變量時(shí)必須每次都小心地重新讀取這個(gè)變量的值，而不是使用保存在寄存器里的備份。下面是volatile變量的幾個(gè)例子：
(1) 并行設備的硬件寄存器(如：狀態(tài)寄存器)
(2) 一個(gè)中斷服務(wù)子程序中會(huì )訪(fǎng)問(wèn)到的非自動(dòng)變量
(2) 多線(xiàn)程應用中被幾個(gè)任務(wù)共享的變量
回答不出這個(gè)問(wèn)題的人是不會(huì )被雇傭的。我認為這是區分C程序員和嵌入式系統程序員的最基本的問(wèn)題。搞嵌入式的同志們經(jīng)常同硬件、中斷、RTOS等等打交道，所有這些都要求用到volatile變量。不懂得volatile的內容將會(huì )帶來(lái)災難。
假設被面試者正確地回答了這是問(wèn)題（嗯，懷疑是否會(huì )是這樣），我將稍微深究一下，看一下這家伙是不是直正懂得volatile完全的重要性。
(1) 一個(gè)參數既可以是const還可以是volatile嗎？解釋為什么。
(2) 一個(gè)指針可以是volatile 嗎？解釋為什么。
(3) 下面的函數有什么錯誤：
int square(volatile int *ptr)
{
return *ptr * *ptr;
}
下面是答案：
(1) 是的。一個(gè)例子是只讀的狀態(tài)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) 是的。盡管這并不很常見(jiàn)。一個(gè)例子是當一個(gè)中服務(wù)子程序修該一個(gè)指向一個(gè)buffer的指針時(shí)。
(3) 這段代碼有點(diǎn)變態(tài)。這段代碼的目的是用來(lái)返回指針*ptr指向值的平方，但是，由于*ptr指向一個(gè)volatile型參數，編譯器將產(chǎn)生類(lèi)似下面的代碼：
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變，因此a和b可能是不同的。結果，這段代碼可能返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;
}