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extern、static、volatile 关键字

时间:2017-06-09 20:29:33      阅读:181      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:false   turn   指令   mic   需要   返回   automatic   共享变量   局部变量   

 

 

extern

extern的两个作用:

  • 修饰变量或函数,提示编译器此变量或函数是在其它文件中定义的,但要在此处引用;
  • 进行链接指定,如: extern "C" void fun(int a, int b);  告诉编译器在编译fun这个函数名时按着C的规则去翻译相应的函数名而不是C++的,;

 

 

static

static的主要作用:

  • static局部变量,静态变量,函数返回时不会销毁;
  • static全局变量,仅在当前文件可见;
  • static函数,仅在当前文件可见;
  • 修饰类成员,静态成员为所有对象所有,不属于某个特定的对象;static成员函数没有this指针,只能访问类的static成员变量;

另外,static变量如果没有初始化,会自动用0填充;

 

 

volatile

volatile 变量是随时可能发生变化的,编译器不要对其进行优化,以免出错。

例如:

int i=10; 
int j = i; 
... 
int k = i; 

由于编译器发现两次从i读数据的代码之间的代码没有对i进行过操作,它会自动把上次读的数据放在k中,而不是重新从i里面读。

 

又例如在嵌入式编程中,需要往某地址发送两条指令:

int *ip =...;     //设备地址 
*ip = 1;     //第一个指令 
*ip = 2;     //第二个指令 

以上代码可能会被编译器优化成:

int *ip = ...; 
*ip = 2;

导致第一条指令丢失。

如果用volatile关键字声明变量,就不允许编译器做优化:

volatile int *ip =...;     //设备地址 
*ip = 1;     //第一个指令 
*ip = 2;     //第二个指令 

 

 

定义为 volatile 的变量是说该变量可能会被意想不到地改变,这样,编译器就不会去假设这个变量的值了。准确地说就是,编译器在用到volatile变量时必须从内存读取,而不能使用保存在寄存器里的值。

下面是volatile变量的几个例子:

  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. 多线程应用中的共享变量;

 

volatile在多线程环境中的应用,可以先看下面的例子:

volatile long int n = 0;

void foo()
{
    int i;
    for(i=0; i<10000; i++) {
        n++;
    }   
}

#define N 100

int main()
{
    int k;
    pthread_t th[N];

    for (k=0; k<N; k++) {
        pthread_create(&th[k], NULL, (void*)foo, NULL);
    }   

    for (k=0; k<N; k++) {
        pthread_join(th[k], NULL);
    }   

    printf("n=%ld\n", n);
    return 0;
}

并发100个线程,每个线程对共享变量n累加1万次,理论上最后的结果应该是100w,但代码实际结果却是比这个更小的一个随机值。

我们知道volatile修饰的变量在每次被线程访问时,都强迫从内存中重读该变量的值。而且,当变量值发生变化时,强迫线程将变化值回写到内存。这样在任何时刻,两个不同的线程总是看到某个变量的同一个值。

既然如此,为何每次结果还是不同呢,这是因为n++操作并非原子性,也就是说volatile不能保证所修饰的变量进行原子操作。

以汇编过程来看自增操作:

mov        eax,dword ptr [ebp-8]     ;把i的值mov到eax寄存器
add        eax,1                     ;自加
mov        dword ptr [ebp-8],eax     ;再存放至i变量中 

分为3个步骤:

1)读取volatile变量值到寄存器;

2)增加寄存器的值;

3)把寄存器的值回写内存;

可见,如果线程A在步骤2、3之间被另一个线程B抢占,线程B对共享变量完成一次自增,等到线程A继续完成步骤3时,就丢失了线程B的这次操作。

要解决上面的多线程如何正确使用共享变量的问题,通常需要加锁,或者使用原子变量。

先来看X86架构下面原子变量的定义:

typedef struct {  
    volatile int counter;  
} atomic_t;  

原子类型其实是 int 类型,只是使用volatile禁止寄存器对其暂存。

 

原子操作的API:

atomic_read(atomic_t * v);                   // v
atomic_set(atomic_t * v, int i);             // v = i
void atomic_add(int i, atomic_t *v);         // v += i
void atomic_sub(int i, atomic_t *v);         // v -= i
void atomic_inc(atomic_t *v);                // v++
void atomic_dec(atomic_t *v);                // v--
int atomic_dec_and_test(atomic_t *v);        // (--v)==0?true:false
int atomic_inc_and_test(atomic_t *v);         // (++v)==0?true:false
int atomic_sub_and_test(int i, atomic_t *v);  // (v-i)==0?true:false
int atomic_add_negative(int i, atomic_t *v);  // (v+i)<0?true:false
int atomic_add_return(int i, atomic_t *v);   
int atomic_sub_return(int i, atomic_t *v);
int atomic_inc_return(atomic_t * v);
int atomic_dec_return(atomic_t * v);

 

extern、static、volatile 关键字

标签:false   turn   指令   mic   需要   返回   automatic   共享变量   局部变量   

原文地址:http://www.cnblogs.com/chenny7/p/5799310.html

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