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什么是extern volatile指针？

cvolatile
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什么是extern volatile指针。

extern volatile uint32 *ptr;

在这里，*ptr的行为将是什么？ 这实际上是什么意思？

那么，它应该在什么时候使用？

我已经尝试通过谷歌搜索了解它，但没有得到令人满意的答案，在这种组合中没有太多信息。

你没有认真查看，可以参考https://dev59.com/aWkw5IYBdhLWcg3wY5jq。 - Mikhail
Extern和volatile没有关联。你有一个volatile指针，它恰好在其他地方被定义。extern限定符不会改变volatile指针的语义。 - Mat
我在我正在工作的项目中看到了extern volatile *ptr的使用，但由于高度的数据安全原因，我无法提供代码以供参考。此外，由于产品非常广泛，所以我无法理解它的用途。 - Arti
volatile obj 告诉编译器在程序/作用域中读取 obj 的值时，需要从其内存位置读取。通常，编译器会将小变量（int、指针）读入 CPU 寄存器，并在下一次顺序引用该值时使用该寄存器（为了提高效率）。使用 volatile 可以使编译器停止这种行为。 - Déjà vu
有人能回答一下，考虑到“extern volatile”吗？ 我不是在寻找单独的定义。 比如，如果我省略volatile，系统的行为会是什么样子，使用'extern volatile'时的行为又是什么样子。 任何实现示例都将是有帮助的。 - Arti
4个回答
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无论是extern还是volatile关键字都可以单独考虑。每个关键字的作用不会与另一个关键字交互，因此每个关键字的解释都可以独立详细说明，如下所示。

extern告诉编译器ptr的实际定义在另一个模块（另一个.c）中。 基本上，编译器处理ptr的方式没有太多变化 - 使用extern只是告诉编译器它不必为ptr在内存中保留一些空间，因为它在另一个.c中完成，并且其实际内存位置稍后将由链接器给出。

  extern uint32 *ptr;
如果省略 extern，编译器将不会发出警告。 然而，稍后，链接器在尝试链接所有目标模块以构建最终可执行程序时，将抛出一个错误，说“ptr 被定义了两次”（因为它已经在另一个 .c 中被定义了）。
  uint32 *ptr;
volatile 告诉编译器，ptr 所在的内存位置可能会被一些外部事件改变或修改，因此（编译器）不应该依赖某些效率优化，比如考虑在几个顺序的 C 语句的作用域内 ptr 的值不会改变。这样的事件可能是异步中断，在执行上述作用域时发生，并修改了 ptr 的值。

通常情况下（在优化后的 C 虚拟汇编代码的注释中），REGx 是 CPU 寄存器，我们对变量 y 不感兴趣... 

  int x = 10;

  int func() {
    int y;              // REG4
    printf("%d\n", x);  // Set REG3 = memory(x) and display x
    x += 2;             // Add 2 to REG3
    y = x * x;          // REG4 = REG3 * REG3
    printf("%d %d\n", x, y); // Do printf(..., REG3, REG4)
    x += 5;             // REG3 = REG3 + 5
                        // memory(x) = REG3 (save register to memory)
    return y;           // return REG4
  }

应该显示10、12、144。为了提高效率（内存访问比寄存器访问更昂贵），编译器将x的值存储在内部CPU寄存器（REG3）中，并在func中安全使用它，直到最后将x的新值（它是全局变量）存储到x的内存位置。最后x为17。

但想象一下程序比这更复杂，并且每分钟都有一个时钟中断会将x减去10。如果在中断发生时...

  void inter_call_by_timer_every_minute() {
     x -= 10;
  }

在func中的printf("%d\n", x);语句后面发生了什么？func将x存储在REG3（10）中，然后加2（12），最后加5（17）并将REG3的结果存储到x内存位置（17）。这是错误的，因为编译器优化隐藏了中断效应（-10），由于它在最后忽略了来自REG3到内存（x）的值的减法。正确的结果是：x最初为10，在func的第一个printf之后，中断将其减去10（0），然后添加2，再添加5。结果为7。

添加volatile

  volatile int x = 10;

使用该选项将使编译器避免在 func 中对 x 进行优化。

  int func() {
    int y;              // REG4
    printf("%d\n", x);  // display memory(x)
    x += 2;             // memory(x) += 2
    y = x * x;          // REG4 = memory(x) * memory(x)
    printf("%d %d\n", x, y); // Do printf(..., memory(x), REG4)
    x += 5;             // memory(x) += 5
    return y;           // return REG4
  }

每次都从内存中读取x的值。结果，在第一个printf之后被来自inter_call_by_timer_every_minute的中断打断，此时x == 7.

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需要注意的是，在C标准中没有保证像+=这样的运算符是原子性的，而x * x肯定不是原子性的。因此，尽管volatile确实告诉编译器不要缓存读取，但它对原子性不会有任何影响。此外，在这种情况下，添加volatile可能会导致y最终不成为任何整数的平方，如果在x * x的两次读取之间发生了x -= 10。这甚至可能比跳过单个计时器减少还要糟糕。 - vgru
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extern关键字用于声明一个全局变量，该变量在其他地方定义（也就是说，在某个其他的.c文件中定义）。

例如，在一个项目中有两个.c文件a.c和b.c。在a.c文件中定义了一个全局变量，并且可以在该文件中定义的所有函数中访问该变量。如果我们想要在第二个文件b.c中访问相同的全局变量，则应在b.c中将该变量声明为extern。

下面是a.c文件的内容：

int flag = 0;
int main()
{
    .......
    func1();
    printf("\nflag value is %d\n", flag).
    ....... 
}

以下是.c文件的内容：
extern int flag;
void func1();
{
    .....
    flag = 10;
    .....
}

volatile 关键字用于告诉编译器在生成可执行指令时避免进行任何优化。

该关键字通常用于多线程程序和嵌入式系统中，以确保变量的准确性和一致性。
int flag = 0;
int main()
{
    while(flag == 0);
    printf("\nflag value is %d\n", flag);
    return 0;

}

考虑上面的程序，所有编译器都会将 while(flag == 0); 优化为 while(1);。因为在代码中，在该 while 循环之前没有任何地方更新了 flag 的值。所以，如果该变量的值由其他硬件更新，则它永远不会反映在程序执行中。因此，如果我们像下面这样将该变量声明为 volatile，编译器将不会对该变量进行任何优化，并且该程序的行为将如预期一样。
volatile int flag = 0;

但如果程序变量的值没有被其他硬件更新的方式，那么不需要将该变量声明为volatile。因为对于易失性变量，CPU需要执行每个访问该变量的指令的I/O操作。这种影响性能的情况需要考虑一个永远不会被其他硬件更新的变量。

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我将通过关键词来解释。 extern 表示变量定义在定义范围之外的某处使用。例如，它可以在头文件中定义，并在 .c 文件中使用。 volatile 表示修改该变量应与外部世界保持一致。这意味着所有更新都应提交到主内存中，以便其他共享相同执行空间的线程可以看到。
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Extern表示它在其他地方已被定义 - 可能是在头文件中。 Volatile是向编译器提供信息，表明它不应尝试优化此内容。

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通常情况下不会在头文件中定义变量，这是不常见的做法，而且大多数时候也是不好的实践。你可能会在头文件中找到extern关键字，而实际的定义则在相应的C文件中。 - Lundin
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