c - 如果全局变量被中断修改，是否真的需要 volatile 修饰符？

Question

关于 volatile 变量及其使用的说法和文章很多。在这些文章中，可以找到两个略有不同的想法:

1 - 当变量在编译程序之外发生变化时，应该使用 Volatile。
2 - 当变量在函数的正常流程之外发生变化时，应使用 volatile。

第一个语句将 volatile 使用限制为内存映射寄存器等和多线程的东西，但第二个语句实际上将中断添加到范围中。

例如这篇文章 ( http://www.barrgroup.com/Embedded-Systems/How-To/C-Volatile-Keyword ) 明确指出 volatile 修饰符应该用于在中断期间更改的全局变量，并提供了这个例子:

int etx_rcvd = FALSE;

void main() 
{
    ... 
    while (!ext_rcvd) 
    {
        // Wait
    } 
    ...
}

interrupt void rx_isr(void) 
{
    ... 
    if (ETX == rx_char) 
    {
    etx_rcvd = TRUE;
    } 
    ...
}

请注意，这里省略了如何方便地将 rx_isr() 设置为回调。因此我写了自己的例子:

#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <signal.h>

void f();

int n = 0;

void main() 
{
    signal(2,f);
    time_t tLastCalled = 0;
    printf("Entering the loop\n");
    while (n == 0) 
    {
        if (time(NULL) - tLastCalled > 1)
        {
            printf("Still here...\n");
            tLastCalled = time(NULL);
        }
    }
    printf ("Done\n");
}

void f() 
{
    n = 1;
}

在 linux 上用 gcc 编译并进行了各种优化，每次循环退出时，当我按下 ctrl+c 时我看到“完成”，这意味着 gcc 编译器真的足够聪明，不会在这里优化变量 n。

也就是说，我的问题是:
如果编译器真的可以优化中断服务程序修改的全局变量，那么:
1. 一个全局变量有可能被其他文件调用，为什么它有优先权优化一个全局变量？
2. 为什么示例文章和网上很多文章都说编译器不会“注意到”中断回调函数？
3. 如何修改我的代码来完成此操作？

Answer 1

因为您有一个对外部函数的函数调用，所以 while 循环每次都会检查 n。但是，如果您删除这些函数调用，优化器可能会注册或取消对 n 的任何检查。

例如(gcc x86_64 -O3):

volatile int n;

int main() {
    while(n==0) {}
    return 0;
}

变成:

.L3:
        movl    n(%rip), %eax
        testl   %eax, %eax
        je      .L3
        xorl    %eax, %eax
        ret

但是

int n;

int main() {
    while(n==0) {}
    return 0;
}

变成:

        movl    n(%rip), %eax
        testl   %eax, %eax
        jne     .L2
.L3:
        jmp     .L3

在这种情况下，永远不会在无限循环中查看n。

如果有一个修改全局的信号处理程序，您确实应该将该全局标记为 volatile。跳过这个你可能不会遇到麻烦，但你要么走运，要么指望优化器无法验证是否正在触及全局。

在链接时(llvm)，跨模块优化有一些变化，所以有一天优化器可能会知道对 time 或 printf 的调用是错误的't touching globals 在你的文件中。发生这种情况时，缺少 volatile 关键字可能会导致问题，即使您有外部函数调用也是如此。