C语言const与volatile#

1. const#

声明一个只读变量。

2. volatile#

告诉编译器不要去优化volatile修饰的代码，并且每次直接从数据源头读取数据，不允许将数据缓存到寄存器。

注意：对volatile变量的操作不是原子性的。

注意：volatile在c语言中和在java语言中的含义是不同的，本文重要阐述在c语言中的作用

2.1 volatile的用途#

2.1.1 寄存器访问（每次都直接从寄存器地址获取数据）#

访问寄存器必须使用volatile修饰符。

  1. 对可读可写的寄存器使用volatile，防止编译器对多次操作该寄存器的代码进行优化（一般是编译器开启了比较高的优化等级，才会执行这个代码优化）
define GPIOB_ODR (*(volatile unsigned long *)0x40010C10UL)

example:

GPIOB_ODR = 1;
GPIOB_ODR = 2;
GPIOB_ODR = 3;

如果不使用volatile修饰符，并且开启 O3 优化，则编译器可能会将上面的代码优化成：

// 编译器会任务前面两个只是中间过程，所以会被优化掉
// 但是对寄存器的每一次操作都是有现实意义的
GPIOB_ODR = 3;
  1. 对只读的寄存器使用volatile const，每次都直接从源地址读取数据，并且不允许对该地址进行写操作
define GPIOB_IDR (*(volatile const unsigned long *)0x40010C08UL)

example：

read_value = GPIOB_IDR;
print_to_screen(read_value);

read_value = GPIOB_IDR;
print_to_screen(read_value);

read_value = GPIOB_IDR;
print_to_screen(read_value);

同样的，如果不使用volatile修饰符，并且开启 O3 优化，则编译器可能会将上面的代码优化成：

read_value = GPIOB_IDR;
print_to_screen(read_value);

以上实验，可以通过观察编译后的汇编代码验证。

2.1.2 信号处理#

比如下面的例子，本意是：主程序等待外部中断触发，然后将标志位变量flag置位，从而使得主程序得以继续运行。

/* main.c */

// global variable
uint8_t flag = 0;

int main()
{
    while(!falg);

    // do something else

    return 0;
}


// 中断处理函数

void Exception_IRQHandler(void)
{
    flag=1;
}

但是如果flag不使用volatile修饰符，并且编译器开启 O3 优化，那么程序将会被优化成：

  while (!flag);
 800020a:   4b05        ldr r3, [pc, #20]   ; (8000220 <main+0x2c>)
 800020c:   781b        ldrb    r3, [r3, #0]
 800020e:   b903        cbnz    r3, 8000212 <main+0x1e>
 ; 一直在这里循环，而不会每次都去重新判断条件是否被满足
 8000210:   e7fe        b.n 8000210 <main+0x1c>

用C语言表示就相当于：

int main()
{
    while(ture);

    return 0;
}

程序将永远无法继续向下运行，不管外部中断是否改变flag变量。

在STM32中，在进行串口发送的时候，通常会阻塞等待发送完毕：

USART_SendData(USART1, (uint8_t) cmd);

// 阻塞等待串口发送完毕
while (__HAL_UART_GET_FLAG(USART1, USART_FLAG_TXE) != SET){}    

#define     __IO    volatile             /*!< Defines 'read / write' permissions */

typedef struct
{
  __IO uint32_t SR;         /*!< USART Status register,                   Address offset: 0x00 */
  __IO uint32_t DR;         /*!< USART Data register,                     Address offset: 0x04 */
  __IO uint32_t BRR;        /*!< USART Baud rate register,                Address offset: 0x08 */
  __IO uint32_t CR1;        /*!< USART Control register 1,                Address offset: 0x0C */
  __IO uint32_t CR2;        /*!< USART Control register 2,                Address offset: 0x10 */
  __IO uint32_t CR3;        /*!< USART Control register 3,                Address offset: 0x14 */
  __IO uint32_t GTPR;       /*!< USART Guard time and prescaler register, Address offset: 0x18 */
} USART_TypeDef;


#define __HAL_UART_GET_FLAG(__HANDLE__, __FLAG__) (((__HANDLE__)->Instance->SR & (__FLAG__)) == (__FLAG__))

可以看到是经过volatile修饰的