易失性指针指向非易失性数据

Question

我明白声明

int *volatile ptr;

表示指针本身是volatile

int a=10;
int *volatile ptr=&a;

现在 ptr 和 a 都在更新。访问ptr时是否会导致返回a的旧值等潜在问题？

阐明volatile指针在我的场景中的用例：

从中断上下文到我正在传递的任务上下文进行通信循环队列（指针数组）的地址，它将从任务上下文中访问。
此队列中的指针被声明为可变的。
在队列中的索引 x 处，存在指针 y，它指向变量 a.
现在如果我写新的队列指针（例如指针 z 指向到中断上下文中索引 x 处的变量 b)。
当我在任务上下文中读取索引 x 时，因为队列被声明为 volatile，指针不会被优化。

我的疑问是因为指针指向的不是易变的，编译器是否有可能针对索引 x 进行了优化，并且在索引 x 处引用指针时它将指向变量 a 而不是变量 b

Answer 1

如果 ptr 和 ptr 指向的 int 都由不同的线程或您的硬件更新，则必须像这样声明 ptr：

int volatile * volatile ptr=&a;

或者：

volatile int * volatile ptr=&a;

通常在嵌入式编程中，正如@Lundin 指出的那样，地址不会改变，所以这就足够了：

volatile int * ptr=&a;

或者：

int volatile * ptr=&a;

Answer 2

int* volatile只表示指针本身是volatile。 pointed-at 数据不是 volatile-qualified，这意味着以下情况可能会导致优化器错误：

int a=10;
int* volatile ptr=&a;

int main()
{
  for(;;)
  {
    printf("%d\n", *ptr);
  }
}

void some_ISR (void)
{
  a = something;
}

编译器注意不要假定 ptr 不会在循环中的每一圈都指向相同的地址，但除此之外它可以自由假定："aha, after reading ptr it is still pointing at a I see. It has not been updated and I know it is 10"。理论上，编译器可以自由生成如下伪机器码：

val = *ptr

forever
{
  ptr = (update it by reading from memory)
  if ptr != previous
    val =*ptr

  print val        
  previous = ptr
}

如果编译器可以将先前的值隐藏在 CPU 寄存器等中，这样的优化可能是有意义的。假设它可以通过这种方式摆脱大量的 printf 开销，那将是一个主要的优化。

所以，不，这不会保护您免受不正确的优化。为此，请改用 volatile int*。或者如果指针本身也可能改变，volatile int* volatile.

To communicate from interrupt context to task context I am passing addresses to circular queue (which is array of pointers) which will be accessed from task context.

只有当指针本身被中断更改为指向别处时，这才有意义。同样，这并不意味着 pointed-at 数据将被更新。但是当你写 "The pointers in this queue are declared volatile." 时，你很好，假设这意味着指针是 volatile* type 而不是 type*volatile.

与整个问题无关，您还需要防止 non-atomic 访问共享变量。 volatile 不给那个。

Answer 3

通过 volatile 指针对 a 的任何使用也会使解引用变易变（因为指针的值未缓存，无论如何都必须进行解引用）但是，更好的是使两者都不可缓存，因此一种可能的实现方式是：

volatile int a;
volatile int * volatile ptr = &a;

请三思，因为您没有将 a 声明为 volatile，如果您这样做了，您会收到警告：

pru.c

 #include <stdio.h>
 int main()
 {
    volatile int a;
    int * volatile ptr = &a;
 }

并输出

$ make pru
pru.c:5:17: warning: initializing 'int *volatile' with an expression of type 'volatile int *' discards qualifiers
      [-Wincompatible-pointer-types-discards-qualifiers]
    int * volatile ptr = &a;
                   ^     ~~
1 warning generated.

正如您从警告中看到的那样，丢弃的限定符指的是指向的值。如果 ptr 被声明为非 volatile，则会发出相同的警告：

pru2.c

 #include <stdio.h>
 int main()
 {
    volatile int a;
    int * ptr = &a;
 }

和

$ make pru2
cc -O -pipe  pru.c  -o pru
pru.c:5:8: warning: initializing 'int *' with an expression of type 'volatile int *' discards qualifiers
      [-Wincompatible-pointer-types-discards-qualifiers]
        int * ptr = &a;
              ^     ~~
1 warning generated.

易失性指针指向非易失性数据

Volatile pointer points to non volatile data

c

pointers

volatile

pru.c

pru2.c