C言語のvolatileって何ですか？

Q.C言語のvolatileって何ですか？

A.
C言語における volatile というキーワードは、コンパイラに対して特定の変数が予期せぬ方法で変更される可能性があることを示すために使用されます。volatile キーワードが適用された変数は、通常の最適化の対象から外され、その結果、その変数へのアクセス（読み取りや書き込み）は毎回メモリから直接行われます。

volatile 変数が必要となる具体的な状況は以下のようなものがあります：

• マルチスレッドのプログラムや割り込みハンドラーなど、複数の異なるプロセスが同一の変数を操作する場合。これは同一の変数が複数のエンティティによって予期せぬタイミングで変更される可能性があることを意味します。
• ハードウェアのレジスタのような、プログラムによる制御の範囲外で変化するメモリ位置がある場合。
• 非同期信号（例えば、UNIXのシグナルやWindowsのイベント）によって変更される可能性がある変数の場合。

これらの状況では、コンパイラが変数の読み取りや書き込みを最適化してしまうと、プログラムの動作が意図したものと異なる結果を生じる可能性があります。このような状況を避けるために、volatile キーワードを用いて変数が不規則に変更される可能性があることをコンパイラに伝えるのです。

Q.CPUキャッシュが無効化されるのですか？

A.
C言語の volatile キーワードが主に意味するのは、コンパイラに対する最適化の振る舞いに影響を及ぼすことであり、直接的にCPUキャッシュの挙動に影響を及ぼすわけではありません。

volatile を指定すると、コンパイラはその変数の読み書きを再配置したり、それらを削除したりするような最適化を行わなくなります。しかし、この volatile キーワードがCPUのキャッシュ挙動に影響を与えるわけではありません。

CPUキャッシュは、物理的なハードウェアの一部で、これはハードウェアのレベルで制御されます。一方、volatile キーワードはソフトウェア、具体的にはコンパイラのレベルでのみ働きます。したがって、volatile キーワードはCPUキャッシュを直接制御または無効化するものではないということです。

ただし、ハードウェアに直接アクセスするような低レベルのプログラミングでは、キャッシュの挙動に配慮する必要があります。そのような状況では、特定のハードウェア操作がキャッシュを通過するかどうか、またはキャッシュを無効化するかどうかを制御するための特殊な命令が必要となることがあります。これらは通常、特定のプロセッサに固有のアセンブリ言語の命令や、組み込みシステムで使われるような特定の関数呼び出しを通じて制御されます。