嵌入式開發(fā)的小伙伴，尤其是嵌入式底層驅(qū)動開發(fā)的小伙伴，一定見過成片、成片的volatile關(guān)鍵字定義的變量。以stm32官方提供的hal庫為例：

那么,為什么volatile在嵌入式設(shè)計中如此重要？

首先，從volatile的作用說起：

volatile作為關(guān)鍵字，確保被volatile修飾的變量不會被編譯器的“錯誤”優(yōu)化。

一個定義為volatile的變量就是說這個變量可能會被意想不到的改變，這樣，編譯器就不會去隨便假設(shè)并優(yōu)化這個變量的訪問方式。簡單的說，就是告訴編譯器我這個值是會隨時變化的，不要自作聰明的進(jìn)行訪問優(yōu)化了，必須每次重新讀取/訪問這個變量真實(shí)地址的內(nèi)容，而不是使用保存在寄存器里面的備份。

為什么不能優(yōu)化?

一、編譯器無法預(yù)測硬件行為

比如，嵌入式驅(qū)動程序每隔1秒讀取一次某個GPIO的高/低狀態(tài)，并打印；假設(shè)該GPIO高/低狀態(tài)寄存器對應(yīng)的地址為0x1000 0000；

1. 不加volatile的程序設(shè)計，示例偽代碼：

針對以上代碼，編譯會"聰明"的認(rèn)為，GPIO_STATUS_REG_READ一直讀的是一個固定地址的內(nèi)容，而且中間又沒有代碼對這個地址的內(nèi)容改寫，為了性能優(yōu)化，編譯器會把while循環(huán)里面對GPIO_STATUS_REG_READ的讀操作優(yōu)化掉，而直接用a變量的值。那么，就會每隔1秒打印1次a變量的值，也就是打印的值會一直不變。

但實(shí)際情況，GPIO_STATUS_REG_READ的值是可能會一直變化的，它取決于當(dāng)前這個GPIO高或低狀態(tài)。而不是被編譯器優(yōu)化后的一直不變；因為編譯器雖然聰明，但它只能知道軟件是否有改寫對應(yīng)地址的內(nèi)容，并無法知道硬件是否會改變當(dāng)前地址對應(yīng)的內(nèi)容。聰明反被聰明誤！

2. 改進(jìn)后，加volatile的程序設(shè)計，示例偽代碼：

改進(jìn)的代碼，GPIO_STATUS_REG_READ 的訪問增加了volatile修飾，那么，編譯器對于GPIO_STATUS_REG_READ 的讀寫代碼就不會自作聰明的進(jìn)行優(yōu)化了，而是，在while循環(huán)里面，每次都規(guī)規(guī)矩矩的去0x1000 0000 這個硬件地址讀取數(shù)據(jù)，這樣就可以讀取到真實(shí)的硬件狀態(tài)了。

是不是有點(diǎn)類似 cache 和內(nèi)存的一致性問題？

二、編譯器無法預(yù)測多任務(wù)/多線程

兩個任務(wù)/線程，對同一個全局變量進(jìn)行讀寫操作，并打印當(dāng)前變量的值。

1. 不加volatile的程序設(shè)計，示例偽代碼：

編譯器對于這種情況而言，又要開始耍小聰明了，

它認(rèn)為_Task_Test_A里面每次都是給*g_test_ptr賦值100，那干嘛不優(yōu)化成下面這樣，

對于_Task_Test_B，g_test_var賦值200后，就沒有變化了，編譯器也很"聰明"地進(jìn)行了優(yōu)化，

于是，程序運(yùn)行的結(jié)果就是:

A:100

B:200

A:100

B:200

而實(shí)際情況是，_Task_Test_A已經(jīng)通過指針的方式間接修改了g_test_var 的內(nèi)容，正確的程序運(yùn)行結(jié)果應(yīng)該是：

A:100

B:100

A:100

B:100

2. 加volatile，改進(jìn)一下程序設(shè)計，示例偽代碼：

那么，對于編譯器就不會再自作聰明的對_Task_Test_B 的g_test_var讀取訪問做優(yōu)化了，而是每次規(guī)規(guī)矩矩的從g_test_var的地址讀取真實(shí)的內(nèi)容，那么打印就會變成我們預(yù)期的結(jié)果：

A:100

B:100

A:100

B:100

三、編譯器無法預(yù)測中斷行為

同理編譯器無法預(yù)測多任務(wù)、多線程行為一樣，編譯器也無法預(yù)測中斷的行為，假如把_Task_Test_A換成一個中斷服務(wù)函數(shù)，

在不加volatile 的情況下，打印結(jié)果是：

B:200

B:200

B:200

加了volatile的情況，

打印結(jié)果：

B:100

B:100

B:100