可出现于任何类型说明符(包括声明文法的 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。
解释
对于除了函数类型或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 T
、volatile-限定的 T
及 const-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 或 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。
本节未完成原因:应当进一步讨论 cv 限定对象与 cv 限定表达式的区别 |
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;
- }
- };
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或更少的 cv 限定:
- 无限定 <
const
- 无限定 <
volatile
- 无限定 <
const volatile
const
<const volatile
volatile
<const volatile
- 无限定 <
到 cv 限定类型的引用和指针能被隐式转换到更多 cv 限定的类型的引用和指针。特别是允许下列转换:
- 到非限定类型的引用/指针能被转换成到
const
的引用/指针 - 到非限定类型的引用/指针能被转换成到
volatile
的引用/指针 - 到非限定类型的引用/指针能被转换成到
const volatile
的引用/指针 - 到
const
类型的引用/指针能被转换成到const volatile
的引用/指针 - 到
volatile
类型的引用/指针能被转换成到const volatile
的引用/指针
- 到非限定类型的引用/指针能被转换成到
- 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。
关键词
注解
在未声明为 extern
的非局部非 volatile 非模板 (C++14 起)非 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。
volatile 的一些用法被弃用: - volatile 左值作为内建自增/自减运算符的操作数; - volatile 左值作为内建直接/复合赋值运算符的左操作数,除非该直接赋值表达式出现于不求值语境或是弃值表达式; - volatile 对象类型作为函数参数类型或返回类型; - volatile 限定符在结构化绑定声明中。 | (C++20 起) |
示例
运行此代码
- 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
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