C语言知识整理（2）：volatile与register

1.volatile

　　volatile是易变的，不稳定的意思，volatile是关键字，是一种类型修饰符，用它修饰的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、硬件或者其他线程等，遇到这个关键字声明的变量，编译器对访问该变量的代码不在进行优化，从而可以提供对特殊地址的稳定访问。那么什么是编译器优化呢？

　　为了提高运行效率，攻城湿们可是费尽心机地把代码优化，把程序运行时存取速度优化。一般，分为硬件优化和软件优化。硬件优化，流水线工作，详细可以参考《计算机组成原理》。软件优化，一部分是程序猿们做的代码优化（前提你得有优化的思路和能力），还有一部分就是我们的编译器优化了。现代的编译器经过那么多年的发展，已经比较成熟，把很多余的变量忽略掉，让代码的效率更高。而在默认情况下，编译器都会对代码进行优化，为了提高存取变量的速度，会把一些变量在寄存器（要知道控制器、运算器和寄存器是CPU的三大组成成分）里存取，而不是在内存里存取了，那这样CPU在自己家里拿东西当然比从内存那里拿东西要快得多。举个小栗子：

　　　　int i = 5;
　　　　int a = i;
　　　　……
　　　　int b = i;
　　编译器发现两次从i读数据的代码之间，并没有对i进行过操作，它会自动把上次读的数据放在b中，而不是重新从i里面读取。

　　而volatile 关键字告诉编译器该变量是随时可能发生变化的，每次使用它的时候必须从内存中取出他的值，因而编译器生成的汇编代码会从原内存地址中读取数据使用，而不是从寄存器或者缓存中读取，从而保证了对特殊地址的稳定访问。也就是说，状态要经常变化的，为了防止我们编译优化而导致的存取的数据不同步的问题，这时我们就需要用到！那具体到什么场景下需要用到volatile关键字呢？

　　1、并行设备的硬件寄存器（如：状态寄存器）；

　　2、一个中断服务子程序中会访问到的非自动变量(Non-automatic variables)；

　　3、多线程应用中被几个任务共享的变量

　　上面提到了非自动变量，这里就进一步对几种变量做一番解释：

　　自动变量：是在函数内部定义和使用的变量，它是局部变量。

　　非自动变量：有两种，一种是全局变量，一种是静态变量。

　　全局变量：在函数外面定义的变量，只能定义一次，不能有重复的定义，不然就会发生错误，而其他的文件要想使用这个变量，需要extern来声明这个变量（也可省略，因为默认就是extern），这个声明叫做引用声明。若不想被其他文件访问，则用static关键字声明为静态变量。静态变量与自动变量的本质区别是，静态变量并不像自动变量那样使用堆栈机制来使用内存。而是为静态变量分配固定的内存，在程序运行的整个过程中，它都会被保持，而不会不销毁。这就是说静态变量的持续性是程序运行的整个周期。这有利于我们共享一些数据。如果静态变量在函数内部定义，则它的作用域就是在这个函数内部，仅在这个函数内部使用它才有效，但是它不同于自动变量的，自动变量离开函数后就会别销毁，而静态变量不会被销毁。他在函数的整个运行周期内都会存在。

2.register

　　这个关键字请求编译器尽可能的将变量存在CPU内部寄存器中，而不是通过内存寻址访问，以提高效率。注意是尽可能，不是绝对。你想想，一个CPU 的寄存器也就那么几个或几十个，你要是定义了很多很多register 变量，它累死也可能不能全部把这些变量放入寄存器吧。