Odpowiedź.

Słowo kluczowe volatile informuje kompilator, że zmienna może zmieniać się w sposób nieoczekiwany dla kompilatora (na przykład przez sprzęt, inną nitkę lub obsługę przerwań) i zabrania buforowania jej wartości oraz optymalizacji dostępu do niej.

Zastosowanie:

Przy pracy z rejestrami sprzętowymi.
Dla zmiennych zmienianych w obsługach przerwań.
Dla zmiennych używanych w komunikacji między wątkami (ważne: volatile nie gwarantuje atomowości ani synchronizacji!).

Przykład użycia:

volatile int flag = 0;

void handler() {
    flag = 1; // obsługa przerwania
}

void loop() {
    while (!flag) {
        // czekamy na zdarzenie
    }
    // ...
}

Bez volatile kompilator mógłby zastąpić pętlę nieskończoną (nie odczytując flagi z pamięci), z volatile zmienna jest odczytywana za każdym razem z pamięci.

Pytanie z podstępem.

Czy wystarczy użyć volatile do poprawnej wymiany informacji między wątkami?

Częstym błędem jest sądzenie, że volatile zapewnia synchronizację pamięci między wątkami i sprawia, że operacje są atomowe.

Poprawna odpowiedź:

volatile nie chroni przed wyścigami danych w wielowątkowym środowisku i nie zapewnia barier pamięci: jedynie informuje kompilator, aby nie optymalizował dostępu. Aby mieć gwarancję poprawności, należy używać prymitywów synchronizacji (mutex, operacje atomic itd.).

// To nie jest bezpieczne!
volatile int ready = 0;

void thread1() {
    data = 123;   // zapis danych
    ready = 1;    // sygnał dla innej nitki
}

void thread2() {
    while (!ready); // oczekiwanie na zdarzenie
    printf("data = %d\n", data); // możliwe, że data jeszcze nie jest zaktualizowane!
}

Historia

W projekcie kontrolerów mikrokontrolerów zmienna do wymiany między główną pętlą a obsługą przerwań nie była zdefiniowana jako volatile, co powodowało, że oprogramowanie czasami się zawieszało — zmiany flagi nie były zauważane.

W wielowątkowym serwerze używano volatile do wymiany sygnałem, sądząc, że to wystarczy, a w efekcie natrafili na trudne do uchwycenia błędy: czasami wątek odczytywał nieaktualne dane lub był w ogóle w niekonsekwentnym stanie — potrzebna była zmienna atomowa lub mutex.

Błąd przy pracy z rejestrami sprzętowymi: wartość pisano/odczytywano bez volatile, a kompilator optymalizował dostęp, co prowadziło do całkowitego ignorowania nowych wartości rejestrów — część poleceń nie działała.