C++基本功：全面掌握const、volatile和mutable关键字

时间：2006-08-09 来源：qfox

C++基本功：全面掌握const、volatile和mutable关键字

     C++程式设计过程中,const的使用可以频度是非常高的.它在保证程式安全方面起到了不可估量的作用.
用一句话来表达最确切不过了：”小兵立大功”.
   有了const,那么mutable当然缺不了.
   然作为const的同胞兄弟,volatile却在很多人的视野中消失.其实volatile担负的责任有何尝小呢?
   自然,它们的用法多样而灵巧,以至新手迷惑久久,下面就来系统的探讨总结一下吧：

一.一般应用
1.const修饰各种变量的用法.
   a.取代define
     #define D_INT 100
     #define D_LONG 100.29
     ………
     const int D_INT = 100;
     const D_INT = 100;     //如果定义的int类型,可省略int.
     const long D_LONG = 100.29;
     ………
     const int& a = 100;
     const替代define虽然增加分配空间,可它却保证了类型安全.
     在C标准中,const定义的数据相当于全局的,而C++中视声明的位置而定.
   b.修饰指针相关的变量
     以三组简单的定义示意：
     Group1:
     int a = 0;
     const int* b = &a;------------ [1]
     int const *b = &a;------------ [2]
     const int* const b = &a;---- [4]

     Group2:
     const char *p = "const";--------------[1]
     char const *p = "const";--------------[2]
     char* const p = "const";--------------[3]
     const char * const p = "const";----[4]

     Group3:
      int a=0;
        const int &b = a;---------------[1]
     int const &b = a;---------------[2]
     int & const b = a;--------------[3] //--->修饰引用时,const被忽略
     const int & const b = a;-----[4]
     总结：
     1.如果const位于星号左侧,则const用来修饰指针所指向的变量,
       即指针指向的为不可变的.
     2.如果const位于星号右侧,const就是修饰指针本身,即指针本身是
       不可变的.
       因此,[1]和[2]的情况相同,指针所指向内容不可变(const放在变量
       声明符的位置无关),
       这种情况下不允许对内容进行更改,如不能*a = 3 ;
     3.[3]中指针本身是不可变的，而指针所指向的内容是可变的,这种情况
       下不能对指针本身
       进行更改操作,如a++是错误的
     4.[4]中指针本身和指向的内容均为常量.(引用特殊：引用在使用增加
       遇义时,增加它代表的变量.所以qualifiers on reference are ignoredv.
       延伸点:
       注意示例:
       1.const int& reference = 1000;
       2.char* p = "const"
         char*& q ;

2.const在函数环境下的各种应用
   常用法示例如下：
   const A& _Fun(const A& _in); //修饰引用型传入参数
   // A _Fun(const A& _in);
   //A& _Fun(const A& _in);
   //上面的两种,在函数内部有特殊的步骤,这里不详提了…..

   const A* _Fun( const A* _in);   //修饰指针型传入参数
   void _Fun( ) const;   //修饰class成员函数
   const A& _Fun(A& _in ); //修饰返回值
   const A & operator(const A& _in); //同时修饰传入参数和返回值

   a.修饰参数
     如void _Fun(const A* _in)或 void _Fun(const A& _in);
     它们被修饰后,在函数执行期间行为特性同于上面的讲解,
     注意：这不会改变原来数据的是否是const的属性.

   b.修饰函数返回值
    const A& _Fun( )
    const A*   _Fun( );
    注意：由于生命期不同步的问题,不可将局部的变量的指针或引用返回(static除外).
    另外,传出来的视情况,代表不同的意思…
    对于A&返回类型,你若将之赋与其它变量,那么它实际执行的是将返回的变量
    (或引用)代表的数据赋出..而你若将其它值赋予之,那么被赋予的是变量或引
    用代表的数据. 而const A& 一般是防止之做为左值被赋值.

这个地方还有很多的细节问题(譬如在连续赋值、返回的临时对象的处理、
重载的const和非cosnt运算符等等),读者自己在实践中需要多多总结.

二、难点
3. 修饰类成员函数的const.
形如:void _Fun() const { };
你需要知道的几点规则：

   a.const对象只能访问const成员函数,而非const对象可以访问任意
     的成员函数,包括const成员函数.
   b.const对象的成员是不可修改的,然而const对象通过指针维护的对象却
     是可以修改的.
   c.const成员函数不可以修改对象的数据,不管对象是否具有const性质.它在
     编译时,以是否修改成员数据为依据,进行检查.
   e.然而加上mutable修饰符的数据成员,对于任何情况下通过任何手段
     都可修改,自然此时的const成员函数是可以修改它的…

4.谈谈volatile和”完全const对象”
一个有volatile修饰的类只允许访问其接口的一个子集，这个子集由类的
实现者来控制.用户只有用const_cast才可以访问这个类型的全部接口.而且,
象const一样，类的volatile属性会传递给它的成员.想象const修饰的对
象,它的成员变量是不可修改的,而它通过指针维护的对象或原生变量是可
修改.那么我们想:如果对象维护一个char* ,则它相当于char*
const chrptr ;而不是const char* cosnt chrptr;对于类中的指针你需要
这样修饰以防止它或它维护的资源：cosnt x* xptr;而不是x*const xptr;
因为cosnt 修饰的对象它默认的行为是延续变量：x* cosnt xptr;

更重要的,volatile修饰的数据,编译器不可对其进行执行期寄存于寄存器的优化.
这种特性,是为了多线程同步的需要.有兴趣者看参看Andrei的GP系列文章.

5.谈谈const_cast转换运算符
这个关键字最基础的用法是：去掉数据的const性质.
值得注意的是：它只对指针、引用和其它的具有指向性质的类型.

参考：
1.《Effective C++ 》关于const两种语义的论述
2.Andrei Alexandrescu 《volatile——编写多线程程序的好帮手》