• static与volatile的用法


    static

    1、概述

      static 声明的变量在C语言中有两方面的特征:

     

      1)、变量会被放在程序的全局存储区中,这样可以在下一次调用的时候还可以保持原来的赋值。这一点是它与堆栈变量和堆变量的区别。

      2)、变量用static告知编译器,自己仅仅在变量的作用范围内可见。这一点是它与全局变量的区别。

    2、问题:Static的理解

      关于static变量,请选择下面所有说法正确的内容:

      A、若全局变量仅在单个C文件中访问,则可以将这个变量修改为静态全局变量,以降低模块间的耦合度;

      B、若全局变量仅由单个函数访问,则可以将这个变量改为该函数的静态局部变量,以降低模块间的耦合度;

      C、设计和使用访问动态全局变量、静态全局变量、静态局部变量的函数时,需要考虑重入问题;

      D、静态全局变量过大,可能会导致堆栈溢出。

      答案与分析:

      对于A,B:根据本篇概述部分的说明b),我们知道,A,B都是正确的。

      对于C:根据本篇概述部分的说明a),我们知道,C是正确的(所谓的函数重入问题,下面会详细阐述)。

      对于D:静态变量放在程序的全局数据区,而不是在堆栈中分配,所以不可能导致堆栈溢出,D是错误的。

      因此,答案是A、B、C。

      3、问题:不可重入函数

      曾经设计过如下一个函数,在代码检视的时候被提醒有bug,因为这个函数是不可重入的,为什么?

    unsigned int sum_int( unsigned int base )
    {
     unsigned int index;
     static unsigned int sum = 0; // 注意,是static类型的。 
     for (index = 1; index <= base; index++)
     {
      sum += index;
     }
     return sum;
    }

      答案与分析:

      所谓的函数是可重入的(也可以说是可预测的),即:只要输入数据相同就应产生相同的输出。

      这个函数之所以是不可预测的,就是因为函数中使用了static变量,因为static变量的特征,这样的函数被称为:带“内部存储器”功能的的函数。因此如果我们需要一个可重入的函数,那么,我们一定要避免函数中使用static变量,这种函数中的static变量,使用原则是,能不用尽量不用。

      将上面的函数修改为可重入的函数很简单,只要将声明sum变量中的static关键字去掉,变量sum即变为一个auto 类型的变量,函数即变为一个可重入的函数。

     

      当然,有些时候,在函数中是必须要使用static变量的,比如当某函数的返回值为指针类型时,则必须是static的局部变量的地址作为返回值,若为auto类型,则返回为错指针。

     


    volatile

    volatile关键字是一种类型修饰符,用它声明的类型变量表示可以被某些编译器未知的因素更改,比如:操作系统、硬件或者其它线程等。遇到这个关键字声明的变量,编译器对访问该变量的代码就不再进行优化,从而可以提供对特殊地址的稳定访问。

    volatile译为:易变的。在前面加上关键字volatile之后告诉编译器,用volatile修饰的变量是易变的,不要对此变量进行优化,每次都要到变量的地址中去读取变量的数据,但正因为这样,才是保持了变量的原样,因为变量已经发生改变了,你却操作的是没有变化时的数据,这样才让变量失去了本应该保持的属性。

    eg:

    int a=1;

    a=2;

    a=3;

    ....

    编译器看到这样的代码,会觉得a的值只有a=3才有意义,所以把a存储在一个寄存器中,每次遇到a都在这个寄存器中去读取数据,但是a是可能改变,比如中断或者多线程的时候。这个有可能你测试它又是正确的,因为随着你的优化等级提高,生成的汇编代码会有很大不同,如果基础不够扎实,代码的鲁棒性就会减弱,要想不这样,那么需要程序员有足够扎实的基本功。

    1.我们先看volatile第一个应用场景,在中断服务函数中的使用。

    /*   main.c */

    int flag=0;

    int main(void)

    {

      if(flag==1)

        {do somethings}

      if(flag==2)

            {do somethings}

      return 0;

    }

    /* interrupt*/

    void NVIC_Handler(void)

    {

      flag=1;

    }

    在这种情况下,编译器可能会对其做优化,虽然中断服务函数改变了flag的值,但是编译器并没有在变量内存中去读取,而是在寄存器中读取了flag之前的缓存数据。在中断函数中的交互变量,一定要加上volatile关键字修饰,这样每次读取flag的值都是在其内存地址中读取的,确保是我们想要的数据。

    2.多任务环境下各任务间共享的标志应该加volatile。原因其实和上面中断一样,要共享标志,又不想让编译器优化了这一点,需要加上该修饰词。

    3.存储器映射的硬件寄存器通常也要加voliate,因为每次对它的读写都可能有不同意义。

    以STM32为例,寄存器中的数据也是时刻在变化的,我们也不想编译器优化这一点,所以在库函数中我们可以看到这样的代码。

     

    这是寄存器的结构体,我们查看前缀__I 和__IO到底是什么?

     

     可以看到,在寄存器的映射中,也需要volatile,因为寄存器的值也是可能随时更改的。

    通过上面,我们也应该明白那个问题。

    一个参数既可以是const还可以是volatile吗?

    可以的,例如只读的状态寄存器。它是volatile因为它可能被意想不到地改变。它是const因为程序不应该试图去修改它。软件不能改变,并不意味着我硬件不能改变你的值,这就是单片机中的应用。

     

     

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