嵌入式C語言中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語言語句的書寫格式，再加上指針的使用，就特別容易弄錯。
volatile關(guān)鍵字是一個(gè)類型修飾符，用它聲明的類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(tǒng)、硬件或者其它線程等。遇到這個(gè)關(guān)鍵字聲明的變量，編譯器對訪問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(wěn)定訪問；如果不使用valatile，則編譯器將對所聲明的語句進(jìn)行優(yōu)化。之所以優(yōu)化是因?yàn)樵L問寄存器要比訪問內(nèi)存單元快得多。但是優(yōu)化之后容易出現(xiàn)問題，例如現(xiàn)在要直接對內(nèi)存地址單元的內(nèi)容修改，如果繼續(xù)使用未經(jīng)過valatile聲明的變量，則讀到的值有可能是寄存器中未經(jīng)過修改的值，但本意是要讀發(fā)生變化后的數(shù)值，所以會出現(xiàn)意想不到的錯誤。而經(jīng)valatile聲明的變量，每次訪問該變量時(shí)都會從內(nèi)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？
我只要一聽到被面試者說：“const意味著常數(shù)”，我就知道我正在和一個(gè)業(yè)余者打交道。其實(shí)只要能說出const意味著“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(yīng)試者能正確回答這個(gè)問題，我將問他一個(gè)附加的問題：
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(shù)；第三個(gè)意味著a是一個(gè)指向常整型數(shù)的指針（也就是，整型數(shù)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(shù)的常指針（也就是說，指針指向的整型數(shù)是可以修改的，但指針是不可修改的）；最后一個(gè)意味著a是一個(gè)指向常整型數(shù)的常指針（也就是說，指針指向的整型數(shù)是不可修改的，同時(shí)指針也是不可修改的）。如果應(yīng)試者能正確回答這些問題，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的變量是說該變量可能會被意想不到地改變，這樣，編譯器就不會去假設(shè)該變量的值了。精確地說，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(shè)備的硬件寄存器(如：狀態(tài)寄存器)
(2) 一個(gè)中斷服務(wù)子程序中會訪問到的非自動變量
(2) 多線程應(yīng)用中被幾個(gè)任務(wù)共享的變量
回答不出這個(gè)問題的人是不會被雇傭的。我認(rèn)為這是區(qū)分C程序員和嵌入式系統(tǒng)程序員的最基本的問題。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(nèi)容將會帶來災(zāi)難。
假設(shè)被面試者正確地回答了這是問題（嗯，懷疑是否會是這樣），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(shù)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(shù)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?yàn)樗赡鼙灰庀氩坏降馗淖?。它是const因?yàn)槌绦虿粦?yīng)該試圖去修改它。
(2) 是的。盡管這并不很常見。一個(gè)例子是當(dāng)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(shù)，編譯器將產(chǎn)生類似下面的代碼：
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(jié)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;
}