volatileの効果

volatileの効果をアセンブリレベルで確認

組み込みプログラミングでは、volatile宣言が使われることがある。コンパイラの最適化を防ぐために使われる。たとえば、マイコン上の特定アドレスにデータを「確実に」書きたいときなどに使われる。

volatile宣言がない場合

test.c

void func()
{
        unsigned int *reg_addr;

        reg_addr = (unsigned int *)0x8000;
        *reg_addr = 0x01;
        *reg_addr = 0x08;

        return;
}

同じ変数（*reg_addr）に続けて２回値を代入しているところがミソ。コンパイラにとっては、最初の代入には意味がない。アセンブラレベルで確認するため、デバッグ情報（-g）を追加してコンパイルする。

gcc -g -O -c test.c

コンパイルされたtest.oを逆アセンブルした結果はこちら。

$ objdump -M intel -d test.o
test.o:     ファイル形式 elf64-x86-64
セクション .text の逆アセンブル:
0000000000000000 <func>:
   0:   f3 0f 1e fa             endbr64 
   4:   c7 04 25 00 80 00 00    mov    DWORD PTR ds:0x8000,0x8
   b:   08 00 00 00 
   f:   c3                      ret 

予想どおり最適化されてしまって、

*reg_addr = 0x01;

に相当する部分がアセンブラレベルでは消えており、変数（*reg_addr）に最後に代入した部分（0x08を格納）のみが見える。

c7 04 25 00 80 00 00    mov    DWORD PTR ds:0x8000,0x8

volatile宣言がある場合

test_volatile.c

void func()
{
        volatile unsigned int *reg_addr;

        reg_addr = (unsigned int *)0x8000;
        *reg_addr = 0x01;
        *reg_addr = 0x08;

        return;
}

0x8000番地に、２回（0x01と0x08）値を書く、、、ということをコンパイラに伝える。レジスタ値を書くようなケースである。同じくデバッグ情報を追加してコンパイルする。

gcc -g -O -c test_volatile.c

コンパイルされたtest_volatile.oを逆アセンブルした結果はこちら。

$ objdump -M intel -d test_volatile.o
test_volatile.o:     ファイル形式 elf64-x86-64
セクション .text の逆アセンブル:
0000000000000000 <func>:
   0:   f3 0f 1e fa             endbr64 
   4:   c7 04 25 00 80 00 00    mov    DWORD PTR ds:0x8000,0x1
   b:   01 00 00 00 
   f:   c7 04 25 00 80 00 00    mov    DWORD PTR ds:0x8000,0x8
  16:   08 00 00 00 
  1a:   c3                      ret  

期待どおり

*reg_addr = 0x01;

に相当する部分

c7 04 25 00 80 00 00    mov    DWORD PTR ds:0x8000,0x1

が存在している。

参考サイト

たとえば、こちら。その他、「volatile」で検索すると多数見つかる。