volatile 结构与类型转换答案

【问题标题】：volatile struct vs. typecastvolatile 结构与类型转换
【发布时间】：2014-09-02 19:14:00
【问题描述】：

我的代码中有以下声明：

h 文件：

typedef struct {
    bool qualified : 1;
    bool running : 1;
} calibration_state_t;

calibration_state_t get_calibration_state();

cpp 文件：

volatile calibration_state_t calibration_state = {false ,false};

功能

calibration_state_t get_calibration_state() {
    return *(calibration_state_t *)&calibration_state;
}

编译。但是，如果我将 return 语句替换为

return (calibration_state_t)calibration_state;

失败了

dcf77.cpp: In function ‘DCF77_Frequency_Control::calibration_state_t DCF77_Frequency_Control::get_calibration_state()’:
dcf77.cpp:2923:37: error: no matching function for call to ‘DCF77_Frequency_Control::calibration_state_t::calibration_state_t(volatile DCF77_Frequency_Control::calibration_state_t&)’
dcf77.h:204:7: note: candidates are: DCF77_Frequency_Control::calibration_state_t::calibration_state_t()
dcf77.h:204:7: note:                 DCF77_Frequency_Control::calibration_state_t::calibration_state_t(const DCF77_Frequency_Control::calibration_state_t&)

编译器是 avr-gcc 但我怀疑这无关紧要。为什么编译器无法编译类型转换？如何以干净的方式获得所需的返回值？

【问题讨论】：

您正在强制消除波动性。不要那样做。避免 c 风格的演员表，这隐藏了这个错误。在后一种情况下，C++ 正确地完成了它的工作。

标签： c++ gcc struct volatile

【解决方案1】：

您使用强制转换的代码具有未定义的行为（§7.1.6.1 [dcl.type.cv]/p6）：

如果试图引用一个用 a 定义的对象 volatile 限定类型，通过使用带有非 volatile 限定类型，程序行为未定义。

*(calibration_state_t *)&calibration_state 是 calibration_state_t 类型的泛左值，一种非易失性限定类型，用于引用 calibration_state，一个使用 volatile 限定类型定义的对象。未定义的行为结果。

依靠未定义的行为来获得你想要的语义是非常危险的。虽然编译器不太可能真正召唤出鼻恶魔或吹掉你的腿（尽管允许这样做），但优化编译器可能会从未定义的行为合法地假设 get_calibration_state 永远不会被调用，并且包含它的任何代码路径都是无法访问，并相应地生成代码。这种依赖于未定义行为的优化可以而且确实会发生。

在引用绑定中，volatile 就像 const - 您不能将 const 对象绑定到非 const 引用，也不能将 volatile 对象绑定到非volatile 参考。为您的类提供一个接受 const volatile & 的复制构造函数。

【讨论】：

【解决方案2】：

究竟期望的行为是什么？例如，必须保留订单吗？如果其他设置qualified 然后running，是否可以得到qualified 的旧值但running 的新值？

因为结构是易变的，所以对它的操作是程序可见行为的一部分。也就是这个：

calibration_state_t get_calibration_state()
{
    calibration_state_t ret;
    ret.qualified = calibration_state.qualified;
    ret.running = calibration_state.running;
    return ret;
}

不等于：

calibration_state_t get_calibration_state()
{
    calibration_state_t ret;
    ret.running = calibration_state.running;
    ret.qualified = calibration_state.qualified;
    return ret;
}

所以，你必须编写你想要的代码。编译器如何知道你想要什么行为？通过对编译器撒谎，你得到了一些行为，但我怀疑这是你想要的行为。

【讨论】：

嗯，这是一台 8 位机器，每个标志占用一位。因此，通过撒谎，我使复制操作成为原子操作。两个值同时复制。
@UdoKlein 那么听起来你已经精确地编写了你想要的行为，需要破解的行为，因为它基于 C 代码中无法表示的特殊平台知识。
是的，这是特殊的平台知识。有问题的代码仅用于调试目的。另外我的记忆力非常很紧。因此，我宁愿不逐位复制结构（仅剩下 32k 的 ~2k）。

【解决方案3】：

在我看来：

return *(calibration_state_t *)&calibration_state;

显式移除volatile 说明符，因此隐式定义的复制构造函数：

calibration_state_t(const calibration_state_t&)

被执行。

当您不先转换calibration_state 实例时，编译器无法调用复制构造函数（volatile 仍然存在）。

【讨论】：