volatile (Informatik)

Volatile (deutsch flüchtig, wechselhaft) ist ein Zusatz bei der Deklaration von Variablen in Programmiersprachen wie C, C++, Java oder C#.

In C und C++ spezifiziert dieser Qualifizierer, dass sich der Wert der Variable jederzeit ohne expliziten Zugriff im Quelltext ändern kann, etwa durch externe Hardware oder asynchron ausgeführte ISRs, und dass alle Zugriffe beobachtbares Verhalten darstellen, also auch Lesezugriffe, deren Wert nicht verwendet wird, sowie wiederholtes Schreiben auf dieselbe Adresse, ohne dass explizit gelesen wird. Das schränkt Compiler bei der Optimierung des Kodes ein. Allerdings bezieht sich der Term „beobachtbares Verhalten“ auf das der abstrakten Maschine der Sprachspezifikation,[1] und diese kennt kein Threading.[2] Die Kennzeichnung von Variablen als volatile garantiert also keine Thread-Sicherheit.[3]

Im Gegensatz dazu werden bei Java und C# Variablen mit volatile gekennzeichnet, auf die verschiedene Threads zugreifen, um die Sichtbarkeit zu synchronisieren.[4] Mit volatile gekennzeichnete Variablen werden in Java nicht zwischengespeichert (z. B. in Registern). Dadurch wird sichergestellt, dass auch bei Zugriff von mehreren Threads der richtige Wert gelesen wird. Der Zusatz volatile sorgt in Java nicht für gegenseitigen Ausschluss und ersetzt somit nicht Synchronisationsmechanismen (z. B. Locks oder Semaphore).[5]

Beispiele in C

Ohne volatile könnte der Compiler die Schleife im folgenden Programmausschnitt durch eine einfache Endlosschleife ersetzen und die Variable status wegoptimieren:

static volatile int status;

void poll_status(void)
{
    status = 0;

    while (status == 0) {
        /* do nothing */
    }
}

In folgendem Beispiel könnte ohne volatile ein optimierender Compiler die bedingte Anweisung mit der Grußformel eliminieren.

#include <stdio.h>
#include <setjmp.h>

jmp_buf env;

int main ()
{
   volatile int status = 0;

   if (setjmp (env)) {
      if (status == 1) {
         puts ("Hello World");
      }
      return 0;
   }

   status = 1;
   longjmp (env, 1);
}

Einzelnachweise

British Standards Institute (Hrsg.): The C Standard. Incorporating Technical Corrigendum 1. (Includes the C Rationale. ISO/IEC 9899:1999). John Wiley & Sons, Chichester 2003, ISBN 0-470-84573-2, Kapitel 6.7.3.
Should volatile Acquire Atomicity and Thread Visibility Semantics? In: C++ standards committee. 21. April 2006, abgerufen am 13. März 2018.
Scott Meyers, Andrei Alexandrescu: C++ and the Perils of Double-Checked Locking. Dr. Dobbs Journal, 2004 (pdf).
volatile (C# Reference). Microsoft, abgerufen am 13. März 2018 (englisch).
Christian Ullenboom: Java ist auch eine Insel. Das umfassende Handbuch. (Aktuell zu Java 7). 10., aktualisierte Auflage. Galileo Press, Bonn 2011, ISBN 978-3-8362-1802-3, Kapitel 9.7.1. (openbook.galileodesign.de) , abgerufen am 30. Januar 2012.

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[1] British Standards Institute (Hrsg.): The C Standard. Incorporating Technical Corrigendum 1. (Includes the C Rationale. ISO/IEC 9899:1999). John Wiley & Sons, Chichester 2003, ISBN 0-470-84573-2, Kapitel 6.7.3.

[2] Should volatile Acquire Atomicity and Thread Visibility Semantics? In: C++ standards committee. 21. April 2006, abgerufen am 13. März 2018.

[3] Scott Meyers, Andrei Alexandrescu: C++ and the Perils of Double-Checked Locking. Dr. Dobbs Journal, 2004 (pdf).

[4] volatile (C# Reference). Microsoft, abgerufen am 13. März 2018 (englisch).

[5] Christian Ullenboom: Java ist auch eine Insel. Das umfassende Handbuch. (Aktuell zu Java 7). 10., aktualisierte Auflage. Galileo Press, Bonn 2011, ISBN 978-3-8362-1802-3, Kapitel 9.7.1. (openbook.galileodesign.de) , abgerufen am 30. Januar 2012.