C语言存储关键字，volatile和register

C语言提供了一些关键字，用于对变量的存储方式进行控制；主要包含register、volatile等。对于函数中的局部变量，如果没有强制指定要求，可能直接优化成寄存器访问；不一定在栈中，具体取决于变量的长度大小和编译器的优化策略。

对于局部变量，优化成寄存器访问，速度会比栈中的变量快很多。这是因为栈中的变量需要通过内存访问，涉及到Cache机制、内存寻址等；而内核中的寄存器可以直接存取，访问速度要快很多。不过优化后并非没有弊端，在调试时优化成寄存器访问的局部变量，很多无法直接通过调试窗口查看。

对于变量的地址，这就涉及到对变量的存储的更精细的控制，包括register和volatile关键字。

register关键字可以要求编译器将局部变量分配到寄存器中，从而提高访问速度；但是不能保证变量一定分配到寄存器中，内部寄存器的数量是有限的(如Cortex-M结构，内部数值寄存器对应的就是r0-r12)，对于比较大的结构体变量、数组等，编译器仍然会选择栈中的存储方式。

volatile关键字则正好相反，要求编译器必须访问实际的内存地址，不能优化成内部寄存器访问(这里的内部寄存器指的是Cortex-M结构中的r0-r12数据寄存器，而并非功能性寄存器，如UART配置寄存器）。关于volatile关键字，可以用于如下场景。

并行设备的硬件寄存器（如：模块功能寄存器）。一个中断服务子程序中会访问到的非自动变量（Non-automatic variables)。多线程应用中被几个任务共享的变量

volatile仅保证每次访问变量的最新值，阻止对地址访问的优化；并不能保证其原子性，在多线程环境下，也不能代替锁机制。可以使用C11的_Atomic关键字来实现原子操作。精通volatile的运用，在嵌入式底层中十分重要，也是嵌入式C从业者的基本要求之一。

关于volatile、register、__Atomic关键字，具体示例如下所示。

#include int main(int argc, char *argv[]) { int a1 = 1; // 局部变量，由编译器决定存储方式 register int a2 = 2; // 局部变量，要求编译器将变量分配到寄存器中(对于小的变量一般会优化成寄存器访问) volatile int a3 = 3; // 局部变量，要求每次访问都从内存中读取 _Atomic int a4 = 4; // 局部变量，支持原子操作(底层一般依赖volatile实现) a1 += 1; a2 += 1; a3 += 1; a4 += 1; printf("a1: %d\n", a1); printf("a2: %d\n", a2); printf("a3: %d\n", a3); printf("a4: %d\n", a4); return 0; }

具体的输出结果如下所示。

运行结果表明，对于局部变量，编译器一般会优化成寄存器访问，对于volatile关键字，每次访问都从内存中读取。