首頁 > 資源中心 > FAQ 1、 問題場(chǎng)景
在聲明那些不應(yīng)該被編譯器優(yōu)化的變量時(shí)，我們一般會(huì)選擇使用 volatile 關(guān)鍵字，否則，編譯器可能會(huì)優(yōu)化對(duì)該變量的訪問，從而生成意外的代碼，或移除預(yù)期的功能。因此，對(duì)于 volatile 關(guān)鍵字的使用，以及它對(duì)編譯器優(yōu)化的影響，都值得進(jìn)行詳細(xì)的了解和學(xué)習(xí)。
2、軟硬件環(huán)境
1）、軟件版本：MDK5.40
2）、電腦環(huán)境：Windows 10
3）、外設(shè)硬件：無
3、解決方法
1）、沒有加volatile關(guān)鍵字時(shí)，函數(shù)的反匯編表現(xiàn)如圖1所示：
圖 1
反匯編解讀：
0x0800020C F240110C MOVW r0, #0x10C
0x08000210 F2C20100 MOVT r0, #0x2000
這兩句指令將變量 buffer_full 的地址加載到寄存器 r0 中，此時(shí) r0= 0x200010C，后續(xù)方便直接從這個(gè)地址讀取數(shù)據(jù)。
0x08000214 6800 LDR r0,[r0,#0x00]
這里是從 r0 存儲(chǔ)的內(nèi)存地址里 （即 buffer_full 的地址）讀取值，并保存值到寄存器 r0。即讀取 buffer_full 的當(dāng)前值。
0x08000216 FAB0F080 CLZ r0,r0
這里是計(jì)算 r0 的前導(dǎo)零的數(shù)量，并把這個(gè)數(shù)量存儲(chǔ)在 r0 中。
（CLZ 指令會(huì)從最高有效位（最左側(cè)的位）開始計(jì)算連續(xù)的零。對(duì)于全零的值，所有 32 位都是零的，會(huì)輸出 32。舉例：如果執(zhí)行 CLZ 前 r0=0x0000 0000，那么執(zhí)行后 r0=32。如果執(zhí)行 CLZ 前 r0=0x8000 0000，那么執(zhí)行后 r0=0）
0x0800021A 0941 LSRS r1,r0,#5
這里是將 r0 右移 5 位后的結(jié)果存入 r1。因?yàn)榇藭r(shí) r0=32，即 0x0000 0020。右移 5 位后，即變成了 0x0000 0001，所以 r1 此時(shí)為 0x0000 0001
0x08000220 07C9 LSLS r1,r1,#31
這里是將 r1 左移 31 位，r1 此時(shí)就變成了 0x1000 0000， 這個(gè)值會(huì)觸發(fā)程序狀態(tài)寄存器自動(dòng)更新一些標(biāo)志位，比如這里會(huì)自動(dòng)更新后面會(huì)用到的 Z 標(biāo)志位，即零標(biāo)志位，因?yàn)榇藭r(shí) r1 里的值不為 0，那么 Z 標(biāo)志位就會(huì)被自動(dòng)置為 0。
現(xiàn)在，就相當(dāng)于有了一個(gè)標(biāo)志位 Z 表示 buffer_full 這個(gè)變量為 0 了，后續(xù)的 BNE 其實(shí)就是判斷這個(gè) Z 標(biāo)志位。
（通過 CLZ 數(shù)出前導(dǎo) 0 的個(gè)數(shù)，先右移 5 位，再左移 31 位后，即可通過標(biāo)志位判斷變量是否為全 0。）
0x0800021C F04F30FF MOV r0, #0xFFFFFFFF
這里相當(dāng)于初始化代碼中的 count 值，也是為了方便后續(xù)操作。
0x08000222 F1000001 ADD r0,r0,#1
這里是將 count 對(duì)應(yīng)的寄存器 r0 加 1，對(duì)應(yīng)循環(huán)體中執(zhí)行的 count++ 操作。
0x08000226 F04F0101 MOV r1,#1
這里是將 r1 重新設(shè)置為 1，為下次循環(huán)使用。保證了下一次進(jìn)入循環(huán)時(shí)，r1 是一個(gè)可控的初始值。因?yàn)橄乱粭l指令是 BNE，如果 BNE 判斷變量為 0，就要跳轉(zhuǎn)到 0x08000220 繼續(xù)循環(huán)，而 0x08000220 地址需要執(zhí)行 r1 左移 31 位，所以這里是為了循環(huán)而考慮設(shè)置的指令。
0x0800022A D1F9 BNE 0x08000220
這里是，如果 BNE 通過 Z 標(biāo)志位判斷出 buffer_full 為 0，則跳轉(zhuǎn)回地址 0x08000220 繼續(xù)循環(huán)。
2）、加了volatile關(guān)鍵字時(shí)，函數(shù)的反匯編表現(xiàn)如圖2所示：
圖 2
反匯編解讀：
0x0800020C F240110C MOVW r1, #0x10C
0x08000210 F2C20100 MOVT r1, #0x2000
這兩句指令將變量 buffer_full 的地址加載到寄存器 r1 中，此時(shí) r1= 0x200010C，后續(xù)方便直接從這個(gè)地址讀取數(shù)據(jù)。
0x08000210 F04F30FF MOV r0, #0xFFFFFFFF
這里相當(dāng)于初始化代碼中的 count 值，也是為了方便后續(xù)操作。
0x08000218 680A LDR r2, [r1, #0x00]
從 r1 存儲(chǔ)的內(nèi)存地址里 （即 buffer_full 的地址）讀取值，并保存值到寄存器 r2。即讀取 buffer_full 的當(dāng)前值。
0x0800021A 3001 ADDS r0, r0, #0x01
將 count 對(duì)應(yīng)的寄存器 r0 加 1，對(duì)應(yīng)循環(huán)體中執(zhí)行的 count++ 操作。
0x0800021C 2A00 CMP r2, #0x00
將 r2（即 buffer_full 的值）與 0 進(jìn)行比較。這里比較完 2 個(gè)數(shù)值后，也會(huì)更新程序狀態(tài)寄存器里的標(biāo)志位，其實(shí)也是 Z 標(biāo)志位，如果 2 個(gè)被比較的數(shù)值是相同的，Z 就會(huì)等于 1，Z=1 就會(huì)使下一條指令 BEQ 跳轉(zhuǎn)到指定的地址，去開啟新一輪的循環(huán)。
0x0800021E D0FB BEQ 0x08000218
通過判斷 Z 標(biāo)志位，來確定 buffer_full 是否為 0。
如果 buffer_full == 0，跳轉(zhuǎn)到地址 0x08000218（重新執(zhí)行循環(huán)）。
如果 buffer_full != 0，跳出循環(huán)，執(zhí)行后續(xù)邏輯。
3）、比較有無關(guān)鍵字時(shí)的編譯器行為
問 ①：很明顯可以看到，圖 1 中的代碼，不加 volatile 時(shí)，反匯編代碼其實(shí)會(huì)長(zhǎng)一些，為什么會(huì)多出來這么多指令呢？
答 ①：其實(shí)是因?yàn)椴患?volatile，編譯器就會(huì)假設(shè)！！！它會(huì)假設(shè)要判斷的變量值，在該函數(shù)運(yùn)行時(shí)不會(huì)改變，所以就會(huì)使用更少的寄存器（2 個(gè)寄存器），更簡(jiǎn)單的位操作（即：導(dǎo)致代碼稍微增多的原因），來實(shí)現(xiàn)他認(rèn)為相同的判斷和循環(huán)功能。而加了 volatile 以后，他就會(huì)使用 3 個(gè)寄存器和略微高級(jí)的指令，來完成判斷和循環(huán)功能。
問 ②：那么為什么不加 volatile 會(huì)少用 1 個(gè)寄存器而增加一些匯編代碼，加了 volatile 會(huì)多用 1 個(gè)寄存器而減少匯編代碼呢？
答 ②：因?yàn)?Os 等級(jí)的優(yōu)化。Os 優(yōu)化等級(jí)會(huì)導(dǎo)致：編譯器要考慮提高執(zhí)行效率，因?yàn)檫@個(gè) Os 優(yōu)化等級(jí)他是想要在減少代碼量和提高執(zhí)行效率上做權(quán)衡的。
所以，判斷變量是否為 0 這個(gè)操作，他能用 2 個(gè)寄存器，就用 2 個(gè)，不多占另外的寄存器，讓出空閑的寄存器給更復(fù)雜的功能，提高效率。
而且他增加的指令，都是最簡(jiǎn)單的位操作，不是復(fù)雜的匯編指令，所以對(duì)于流水線的利用會(huì)更加充分，所以這里雖然相比于加了 volatile 后所增加的一點(diǎn)點(diǎn)代碼(其實(shí)相比于 O0 優(yōu)化等級(jí)，已經(jīng)減少了匯編代碼量)，但是換來了更快的執(zhí)行速度，空出了更多的寄存器給接下來的功能使用，是一種非常有大局觀的權(quán)衡之策。
最后，加了 volatile 后，編譯器明顯變得謹(jǐn)慎了，他很害怕，因?yàn)樗兰恿?volatile 關(guān)鍵字的變量，是隨時(shí)可能被外界更改的，他不敢再進(jìn)行大量的位操作去判斷變量是否為 0 了，因?yàn)楹苡锌赡茉趫?zhí)行這些位操作時(shí)，這個(gè)變量就被別的任務(wù)更改了，他必須在獲取到變量最新值時(shí)，立馬執(zhí)行判斷，這樣才能獲取到正確的比較結(jié)果。
問 ③：加了 volatile 后，他本身帶來的好處顯現(xiàn)在哪里？
答 ③：圖 1 中，可以看到，他第一次判斷完 buffer_full 為 0 以后，就循環(huán)使用那個(gè)判斷結(jié)果，根本就不再從原始的地址取數(shù)對(duì)比了。而在圖 2 中，循環(huán)時(shí)，函數(shù)很明顯跳回到了 LDR 指令那里，LDR 會(huì)從變量的內(nèi)存地址中重新取數(shù)，確保每次使用的都是從內(nèi)存中取出的最新值。
