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프로그래밍/C_C++

volatile

결론:
컴파일러가 코드에 작성한 그대로 컴파일 해라. 혼자 스스로 최적화 하지 말아라.
전역변수 사용 시에 필요(다수의 프로세스가 접근 가능할 경우에..)


[winapi 사이트 펌]


volatile

volatile 키워드는 const와 함께 변수의 성질을 바꾸는 역할을 하는데 이 둘을 묶어 cv 지정자(Qualifier:제한자라고 번역하기도 한다)라고 한다. const에 비해 상대적으로 사용 빈도가 지극히 낮으며 이 키워드가 꼭 필요한 경우는 무척 드물다. 어떤 경우에 volatile이 필요한지 다음 코드를 보자.

 

int i;

double j;

 

for (i=0;i<100;i++) {

     j=sqrt(2.8)+log(3.5)+56;

     // do something

}

 

이 코드는 루프를 100번 실행하면서 어떤 작업을 하는데 루프 내부에서 j에 복잡한 연산 결과를 대입하고 있다. j값을 계산하는 식이 조금 복잡하지만 제어 변수 i값을 참조하지 않기 때문에 i 루프가 실행되는동안 j의 값은 상수나 마찬가지이며 절대로 변경되지 않는다. 루프 실행중에는 상수이므로 이 값을 매 루프마다 다시 계산하는 것은 시간 낭비이다. 그래서 제대로 된 컴파일러는 이 루프를 다음과 같이 수정하여 컴파일한다.

 

j=sqrt(2.8)+log(3.5)+56;

for (i=0;i<100;i++) {

     // do something

}

 

j의 값을 계산하는 식을 루프 이전으로 옮겨서 미리 계산해 놓고 루프 내부에서는 j값을 사용하기만 했다. 어차피 루프 내부에서 j값이 바뀌는 것이 아니므로 이렇게 코드를 수정해도 원래 코드와 완전히 동일한 동작을 할 것이다. 똑똑한 컴파일러는 프로그래머가 코드를 대충 짜 놓아도 속도를 높이기 위해 자동으로 최적화를 하는 기능을 가지고 있으며 이런 암묵적인 최적화 기능에 의해 프로그램의 성능이 향상된다.

그렇다면 위 두 코드가 정말로 완전히 동일할까 의심을 가져 보자. j는 분명히 루프 내부에서 상수이므로 미리 계산해 놓아도 아무 문제가 없음이 확실하다. 그러나 아주 특수한 경우 최적화된 코드가 원래 코드와 다른 동작을 할 경우가 있다. 어떤 경우인가 하면 프로그램이 아닌 외부에서 j의 값을 변경할 때이다.

도스 환경에서는 인터럽트라는 것이 있고 유닉스 환경에서는 데몬, 윈도우즈 환경에서는 서비스 등의 백그라운드 프로세스가 항상 실행된다. 이런 백그라운드 프로세스가 메모리의 어떤 상황이나 전역변수를 변경할 수 있으며 같은 프로세스 내에서도 스레드가 여러 개라면 다른 스레드가 j의 값을 언제든지 변경할 가능성이 있다. 또한 하드웨어에 의해 전역 환경이 바뀔 수도 있다.

예를 들어 위 코드를 실행하는 프로세스가 두 개의 스레드를 가지고 있고 다른 스레드에서 어떤 조건에 의해 전역변수 j값(또는 j에 영향을 미치는 다른 값)을 갑자기 바꿀 수도 있다고 하자. 이런 경우 루프 내부에서 매번 j값을 다시 계산하는 것과 루프에 들어가기 전에 미리 계산해 놓는 것이 다른 결과를 가져올 수 있다. i루프가 50회째 실행중에 다른 스레드가 j를 바꾸어 버릴 수도 있는 것이다.

이런 경우에 쓰는 것이 바로 volatile이다. 이 키워드를 변수 선언문 앞에 붙이면 컴파일러는 이 변수에 대해서는 어떠한 최적화 처리도 하지 않는다. 컴파일러가 보기에 코드가 비효율적이건 어쨌건 개발자가 작성한 코드 그대로 컴파일한다. 즉 volatile 키워드는 "잘난척 하지 말고 시키는 대로 해"라는 뜻이다. 어떤 변수를 다른 프로세스나 스레드가 바꿀 수도 있다는 것을 컴파일러는 알 수 없기 때문에 전역 환경을 참조하는 변수에 대해서는 개발자가 volatile 선언을 해야 한다. 위 코드에서 j 선언문 앞에 volatile만 붙이면 문제가 해결된다.

 

volatile double j;

 

이 키워드가 반드시 필요한 상황에 대한 예제를 만들어 보이는 것은 굉장히 어렵다. 왜냐하면 외부에서 값을 바꿀 가능성이 있는 변수에 대해서만 이 키워드가 필요한데 그런 예제는 보통 크기가 아니기 때문이다. 잘 사용되지 않는 키워드이므로 여기서는 개념만 익혀 두도록 하자.

  • ㅣㅣ6640 2014.05.03 21:40

    이러한 내용을 모르고 Firmware나 Device Driver 또는 Kernel SW를 하다 보면, 이런 경우를 만나서 삽질로 날리는 시간이 만만치 않습니다. HW register의 값이 0에서 1로 바뀔때까지 for 문을 돌면서 체크하다가 바뀌면 빠져나가야 하는데, volatile 선언을 안한 경우 최적화가 되버려서 실제로 HW register가 바뀌어도 변수가 바뀌지 않지요. Application을 하는 경우에는 이런 경우를 만나기는 쉽지 않지요.