C++中const、volatile、mutable的用法

const关键字

const修饰普通变量和指针

const修饰变量，通常有两种写法：
const TYPE value;
TYPE const value;

这两种写法在本质上是同样的。它的含义是：const修饰的类型为TYPE的变量value是不可变的。对于一个非指针的类型TYPE，不管怎么写，都是一个含义，即value值不可变。 例如：

const int nValue；    //nValue是const
int const nValue；    //nValue是const

可是对于指针类型的TYPE，不一样的写法会有不一样状况：

l  指针自己是常量不可变
(char*) const pContent;

l  指针所指向的内容是常量不可变
const (char) *pContent;
(char) const *pContent;

l  二者都不可变
const char* const pContent;

识别const究竟是修饰指针仍是指针所指的对象，还有一个较为简便的方法，也就是沿着*号划一条线：
若是const位于*的左侧，则const就是用来修饰指针所指向的变量，即指针指向为常量；
若是const位于*的右侧，const就是修饰指针自己，即指针自己是常量。 

const修饰函数参数

const修饰函数参数是它最普遍的一种用途，它表示在函数体中不能修改参数的值(包括参数自己的值或者参数其中包含的值)：

void function(const int Var);     //传递过来的参数在函数内不能够改变(无心义，该函数以传值的方式调用)
void function(const char* Var);   //参数指针所指内容为常量不可变
void function(char* const Var);   //参数指针自己为常量不可变(也无心义，var自己也是经过传值的形式赋值的)
void function(const Class& Var); //引用参数在函数内不能够改变

参数const一般用于参数为指针或引用的状况，若输入参数采用“值传递”方式，因为函数将自动产生临时变量用于复制该参数，该参数本就不须要保护，因此不用const修饰。

const修饰类对象/对象指针/对象引用

const修饰类对象表示该对象为常量对象，其中的任何成员都不能被修改。对于对象指针和对象引用也是同样。
const修饰的对象，该对象的任何非const成员函数都不能被调用，由于任何非const成员函数会有修改为员变量的企图。

例如：

class AAA 
{ 
   void func1(); 
   void func2() const; 
} 
 
const AAA aObj; 
aObj.func1(); 错误 
aObj.func2(); 正确 
 
const AAA* aObj = new AAA(); 
aObj->func1(); 错误 
aObj->func2(); 正确

const修饰数据成员

const数据成员只在某个对象生存期内是常量，而对于整个类而言倒是可变的。由于类能够建立多个对象，不一样的对象其const数据成员的值能够不一样。因此不能在类声明中初始化const数据成员，由于类的对象未被建立时，编译器不知道const 数据成员的值是什么，例如：

class A 
{ 
    const int size = 100; //错误 
    int array[size];       //错误，未知的size 
}

const数据成员的初始化只能在类的构造函数的初始化列表中进行。要想创建在整个类中都恒定的常量，能够用类中的枚举常量来实现，例如：

class A 
{ 
… 
　　enum {size1=100, size2 = 200 }; 
　　int array1[size1]; 
　　int array2[size2]; 
… 
}

枚举常量不会占用对象的存储空间，他们在编译时被所有求值。可是枚举常量的隐含数据类型是整数，其最大值有限，且不能表示浮点数。

const修饰成员函数

const修饰类的成员函数，用const修饰的成员函数不能改变对象的成员变量。通常把const写在成员函数的最后：

class A 
{ 
   … 
  void function()const; //常成员函数, 它不改变对象的成员变量. 也不能调用类中任何非const成员函数。 
}

对于const类对象/指针/引用，只能调用类的const成员函数。

const 修饰成员函数的返回值

１、通常状况下，函数的返回值为某个对象时，若是将其声明为const时，多用于操做符的重载。一般，不建议用const修饰函数的返回值类型为某个对象或对某个对象引用的状况。缘由以下：若是返回const对象，或返回const对象的引用，则返回值具备const属性，返回实例只能访问类A中的公有（保护）数据成员和const成员函数，而且不容许对其进行赋值操做，这在通常状况下不多用到。

二、若是给采用“指针传递”方式的函数返回值加const修饰，那么函数返回值（即指针所指的内容）不能被修改，该返回值只能被赋给加const 修饰的同类型指针：
const char * GetString(void);
以下语句将出现编译错误：
char *str=GetString();
正确的用法是：
const char *str=GetString();
三、函数返回值采用“引用传递”的场合很少，这种方式通常只出如今类的赙值函数中，目的是为了实现链式表达。如：

class A 
{ 
    … 
    A &operate= (const A &other); //赋值函数 
}

A a,b,c; //a,b,c为A的对象
…
a=b=c;   //正常
(a=B)=c; //不正常，可是合法
若赋值函数的返回值加const修饰，那么该返回值的内容不容许修改，上例中a=b=c依然正确。(a=b)=c就不正确了。

const常量与define宏定义的区别

l  编译器处理方式不一样

define宏是在预处理阶段展开。
const常量是编译运行阶段使用。

l  类型和安全检查不一样

define宏没有类型，不作任何类型检查，仅仅是展开。
const常量有具体的类型，在编译阶段会执行类型检查。

l  存储方式不一样

define宏仅仅是展开，有多少地方使用，就展开多少次，不会分配内存。
const常量会在内存中分配(能够是堆中也能够是栈中)。

volatile关键字

volatile的本意是“易变的”, volatile关键字是一种类型修饰符，用它声明的类型变量表示能够被某些编译器未知的因素更改，好比操做系统、硬件或者其它线程等。遇到这个关键字声明的变量，编译器对访问该变量的代码就再也不进行优化，从而能够提供对特殊地址的稳定访问。

当要求使用volatile 声明的变量的值的时候，系统老是从新从它所在的内存读取数据，即便它前面的指令刚刚从该处读取过数据。并且读取的数据马上被寄存。例如：

volatile int i=10; 
int a = i; 
... //其余代码，并未明确告诉编译器，对i进行过操做 
int b = i;

volatile 指出 i是随时可能发生变化的，每次使用它的时候必须从i的地址中读取，于是编译器生成的汇编代码会从新从i的地址读取数据放在b中。而优化作法是，因为编译器发现两次从i读数据的代码之间的代码没有对i进行过操做，它会自动把上次读的数据放在b中。而不是从新从i里面读。这样以来，若是i是一个寄存器变量或者表示一个端口数据就容易出错，因此说volatile能够保证对特殊地址的稳定访问。

注意，在vc6中，通常调试模式没有进行代码优化，因此这个关键字的做用看不出来。下面经过插入汇编代码，测试有无volatile关键字，对程序最终代码的影响。首先用classwizard建一个win32 console工程，插入一个voltest.cpp文件，输入下面的代码：

#include <stdio.h> 
void main() 
{ 
    int i=10; 
    int a = i;
    printf("i= %d/n",a); 
    //下面汇编语句的做用就是改变内存中i的值，可是又不让编译器知道 
    __asm { 
      mov dword ptr [ebp-4], 20h 
    } 
    int b = i; 
    printf("i= %d/n",b); 
}

而后，在调试版本模式运行程序，输出结果以下：
i = 10
i = 32 

而后，在release版本模式运行程序，输出结果以下：
i = 10
i = 10
输出的结果明显代表，release模式下，编译器对代码进行了优化，第二次没有输出正确的i值。下面，咱们把 i的声明加上volatile关键字，看看有什么变化：

#include <stdio.h> 
 
void main() 
{ 
volatile int i=10; 
int a = i; 
 
printf("i= %d/n",a); 
__asm { 
  mov dword ptr [ebp-4], 20h 
} 

int b = i; 
printf("i= %d/n",b); 
}

分别在调试版本和release版本运行程序，输出都是：
i = 10
i = 32
这说明这个关键字发挥了它的做用！

关于volatile的补充信息：

一个定义为volatile的变量是说这变量可能会被意想不到地改变，这样，编译器就不会去假设这个变量的值了。精确地说就是，优化器在用到这个变量时必须每次都当心地从新读取这个变量的值，而不是使用保存在寄存器里的备份。下面是volatile变量的几个例子：

    1). 并行设备的硬件寄存器（如：状态寄存器）
    2). 一个中断服务子程序中会访问到的非自动变量(Non-automatic variables)
    3). 多线程应用中被几个任务共享的变量

我认为这是区分C程序员和嵌入式系统程序员的最基本的问题。嵌入式系统程序员常常同硬件、中断、RTOS等等打交道，所用这些都要求volatile变量。不懂得volatile内容将会带来灾难。假设被面试者正确地回答了这是问题（嗯，怀疑这否会是这样），我将稍微深究一下，看一下这家伙是否是直正懂得volatile的重要性：

    1). 一个参数既能够是const还能够是volatile吗？解释为何。
    2). 一个指针能够是volatile 吗？解释为何。
    3). 下面的函数有什么错误：

int square(volatile int *ptr) 
{ 
    return *ptr * *ptr; 
}

    下面是答案：

    1). 是的。一个例子是只读的状态寄存器。它是volatile由于它可能被意想不到地改变。它是const由于程序不该该试图去修改它。

    2). 是的。尽管这并不很常见。一个例子是当一个中服务子程序修该一个指向一个buffer的指针时。

    3). 这段代码的有个恶做剧。这段代码的目的是用来返指针*ptr指向值的平方，可是，因为*ptr指向一个volatile型参数，编译器将产生相似下面的代码：

   int square(volatile int *ptr) 
    { 
         int a,b; 
         a = *ptr; 
         b = *ptr; 
         return a * b; 
     }

    因为*ptr的值可能被意想不到地该变，所以a和b多是不一样的。结果，这段代码可能返不是你所指望的平方值！正确的代码以下：

     long square(volatile int *ptr) 
     { 
            int a; 
            a = *ptr; 
            return a * a; 
     }

mutable关键字

mutalbe的中文意思是“可变的，易变的”，跟constant（既C++中的const）是反义词。在C++中，mutable也是为了突破const的限制而设置的。被mutable修饰的变量(mutable只能因为修饰类的非静态数据成员)，将永远处于可变的状态，即便在一个const函数中。

咱们知道，假如类的成员函数不会改变对象的状态，那么这个成员函数通常会声明为const。可是，有些时候，咱们须要在const的函数里面修改一些跟类状态无关的数据成员，那么这个数据成员就应该被mutalbe来修饰。下面是一个小例子：

class ClxTest 
{ 
　public: 
　　void Output() const; 
}; 
 
void ClxTest::Output() const 
{ 
　cout << "Output for test!" << endl; 
} 
 
void OutputTest(const ClxTest& lx) 
{ 
　lx.Output(); 
}

类ClxTest的成员函数Output是用来输出的，不会修改类的状态，因此被声明为const。

函数OutputTest也是用来输出的，里面调用了对象lx的Output输出方法，为了防止在函数中调用成员函数修改任何成员变量，因此参数也被const修饰。

假如如今，咱们要增添一个功能：计算每一个对象的输出次数。假如用来计数的变量是普通的变量的话，那么在const成员函数Output里面是不能修改该变量的值的；而该变量跟对象的状态无关，因此应该为了修改该变量而去掉Output的const属性。这个时候，就该咱们的mutable出场了，只要用mutalbe来修饰这个变量，全部问题就迎刃而解了。下面是修改过的代码：

class ClxTest 
{ 
　public: 
　　ClxTest(); 
　　~ClxTest(); 
　　void Output() const; 
　　int GetOutputTimes() const;
　private: 
　　mutable int m_iTimes; 
}; 
 
ClxTest::ClxTest() 
{ 
　m_iTimes = 0; 
} 
 
ClxTest::~ClxTest() 
{} 

void ClxTest::Output() const 
{ 
　cout << "Output for test!" << endl; 
　m_iTimes++; 
} 
 
int ClxTest::GetOutputTimes() const 
{ 
　return m_iTimes; 
} 
 
void OutputTest(const ClxTest& lx) 
{ 
　cout << lx.GetOutputTimes() << endl; 
　lx.Output(); 
　cout << lx.GetOutputTimes() << endl; 
}

计数器m_iTimes被mutable修饰，那么它就能够突破const的限制，在被const修饰的函数里面也能被修改。