volatile修飾子を正しく使う

プログラムの外側（ハードウェアや割り込み）から値が変わり得る変数には、volatile修飾子を付けて宣言します。volatileは「この変数はいつ書き換わるか分からないため、最適化による読み書きの省略やキャッシュ（レジスタへの持ち込み）を行わず、参照のたびに必ずメモリへアクセスせよ」という指示です。付けるべき対象は、(1) メモリマップされたハードウェアレジスタ（ステータスレジスタ、データレジスタ等）、(2) 割り込みハンドラとメインループの間で共有するフラグ・データ、(3) 他の実行主体（RTOSの別タスクやDMA）が書き換えるメモリ、の3つが代表です。典型的な症状として、while (flag == 0); のような割り込み待ちループは、flagがvolatileでないと最適化時に無限ループへ変換されることがあります。デバッグビルド（最適化なし）では動き、リリースビルドで動かなくなる不具合の多くがこのパターンです。重要な注意点として、volatileは排他制御ではありません。読み出し・加算・書き戻しのような複合操作の途中で割り込まれる競合（アトミック性の欠如）はvolatileでは防げないため、複数バイトのデータや複合操作の共有には、割り込み禁止区間やフラグの受け渡し設計を併用します。逆に、すべての変数にvolatileを付けると最適化が全面的に阻害され性能が落ちるため、「外部から書き換わる変数だけに付ける」ことが正しい使い方です。

【コード例】

// ハードウェアレジスタ：volatile必須
#define UART_SR (*(volatile uint32_t*)0x40001000)

// 割り込みと共有するフラグ
volatile uint8_t rx_done = 0;

void uart_isr(void) { rx_done = 1; }   // 割り込みハンドラ

// メインループ側：volatileがないと最適化で無限ループ化の危険
while (rx_done == 0) { /* 待ち */ }
rx_done = 0;