cv(constvolatile)类型限定符

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可出现于任何类型说明符(包括声明文法声明说明符序列)中,以指定被声明对象或被命名类型的常量性(constness)或易变性(volatility)。

  • const ——定义类型为常量
  • volatile ——定义类型为易变

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[编辑] 解释

对于除了函数类型引用类型以外的任何类型 T(包括不完整类型),C++ 类型系统中有另外三个独立的类型:const-限定的 Tvolatile-限定的 Tconst-volatile-限定的 T

注意:数组类型被当做与其元素类型有相同的 cv 限定。

当对象最初被创建时,所用的 cv 限定符(可以是声明中的 声明说明符序列声明符 的一部分,或者是 new 表达式中的 类型标识 的一部分)决定对象的常量性或易变性,如下所示:

  • const 对象——类型为 const-限定的 对象,或 const 对象的非 mutable 子对象。这种对象不能修改:尝试直接这么做是编译时错误,而尝试间接这么做(例如通过到非 const 类型的引用或指针修改 const 对象)导致未定义行为。
  • volatile 对象——类型为 volatile-限定的 对象,或 volatile 对象的子对象,或 const volatile 对象的 mutable 子对象。通过 volatile 限定的类型的泛左值表达式的每次访问(读或写操作、成员函数调用等),都被当作对于优化而言是可见的副作用(即在单个执行线程内,volatile 访问不能被优化掉,或者与另一按顺序早于或按顺序晚于该 volatile 访问的可见副作用进行重排序。这使得 volatile 对象适用于与信号处理函数之间的交流,但不适于与另一执行线程交流,参阅 std::memory_order)。试图通过非 volatile 泛左值涉指 volatile 对象(例如,通过到非 volatile 类型的引用或指针)会导致未定义行为。
  • const volatile 对象——类型为 const-volatile-限定的 对象,const volatile 对象的非 mutable 子对象,volatile 对象的 const 子对象,或 const 对象的非 mutable volatile 子对象。同时表现为 const 对象与 volatile 对象。

[编辑] mutable 说明符

  • mutable - 容许在即便包含它的对象被声明为 const 时仍可修改声明为 mutable 的类成员。

可出现于非引用非 const 类型的非静态数据成员的声明中:

class X {
  mutable const int* p;         // OK
  mutable int* const q;         // 非良构
};

mutable 用于指定不影响类的外部可观察状态的成员(通常用于互斥体、记忆缓存、惰性求值和访问指令等)。

class ThreadsafeCounter {
  mutable std::mutex m; // “M&M 规则”:mutable 与 mutex 一并出场
  int data = 0;
 public:
  int get() const {
    std::lock_guard<std::mutex> lk(m);
    return data;
  }
  void inc() {
    std::lock_guard<std::mutex> lk(m);
    ++data;
  }
};

[编辑] 转换

存在一种基于限制性的增长顺序的 cv 限定符的偏序。从而可以称类型具有更多更少的 cv 限定:

  • 无限定 < const
  • 无限定 < volatile
  • 无限定 < const volatile
  • const < const volatile
  • volatile < const volatile

到 cv 限定类型的引用和指针能被隐式转换更多 cv 限定的类型的引用和指针。特别是允许下列转换:

  • 非限定类型的引用/指针能被转换成到 const 的引用/指针
  • 非限定类型的引用/指针能被转换成到 volatile 的引用/指针
  • 非限定类型的引用/指针能被转换成到 const volatile 的引用/指针
  • const 类型的引用/指针能被转换成到 const volatile 的引用/指针
  • volatile 类型的引用/指针能被转换成到 const volatile 的引用/指针
注意:多级指针另有其他限制

欲将到 cv 限定类型的引用或指针转换为到更少 cv 限定类型的引用或指针,必须使用 const_cast

[编辑] 关键词

const, volatile, mutable

[编辑] 注解

在未声明为 extern 的非局部非 volatile 模板 (C++14 起)inline (C++17 起)变量声明上使用 const 限定符,会给予该变量内部连接。这有别于 C,其中 const 文件作用域对象拥有外部连接。

C++ 语言文法把 mutable 当做存储类说明符而非类型限定符,但它不影响存储类或连接。

[编辑] 示例

int main()
{
    int n1 = 0;           // 非 const 对象
    const int n2 = 0;     // const 对象
    int const n3 = 0;     // const 对象(同 n2)
    volatile int n4 = 0;  // volatile 对象
    const struct
    {
        int n1;
        mutable int n2;
    } x = {0, 0};      // 带 mutable 成员的 const 对象
 
    n1 = 1; // ok,可修改对象
//  n2 = 2; // 错误:不可修改对象
    n4 = 3; // ok,当做副效应
//  x.n1 = 4; // 错误:const 对象的成员为 const
    x.n2 = 4; // ok,const 对象的 mutable 成员不是 const
 
    const int& r1 = n1; // 绑定到非 const 对象的 const 引用
//  r1 = 2; // 错误:试图通过到 const 的引用修改
    const_cast<int&>(r1) = 2; // ok,修改非 const 对象 n1
 
    const int& r2 = n2; // 绑定到 const 对象的 const 引用
//  r2 = 2; // 错误:试图通过到 const 的引用修改
//  const_cast<int&>(r2) = 2; // 未定义行为:试图修改 const 对象 n2
}

输出:

# x86_64 平台上生成的典型机器码
# (只输出贡献可观测副效应的代码)
main:
    movl    $0, -4(%rsp) # volatile int n4 = 0;
    movl    $3, -4(%rsp) # n4 = 3;
    xorl    %eax, %eax   # return 0 (隐式)
    ret

[编辑] 参阅

const 限定符C 文档
volatile 限定符C 文档