07 | const/volatile/mutable：常量/变量究竟是怎么回事？

罗剑锋

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该思维导图由 AI 生成，仅供参考

你好，我是 Chrono。
上节课我讲了自动类型推导，提到 auto 推导出的类型可以附加 const、volatile 修饰（通常合称为“cv 修饰符”）。别看就这么两个关键字，里面的“门道”其实挺多的，用好了可以让你的代码更安全、运行得更快。今天我就来说说它们俩，以及比较少见的另一个关键字 mutable。
const 与 volatile先来看 const 吧，你一定对它很熟悉了。正如它的字面含义，表示“常量”。最简单的用法就是，定义程序用到的数字、字符串常量，代替宏定义。
const int MAX_LEN       = 1024;
const std::string NAME  = "metroid";
但如果我们从 C++ 程序的生命周期角度来看的话，就会发现，它和宏定义还是有本质区别的：const 定义的常量在预处理阶段并不存在，而是直到运行阶段才会出现。
所以，准确地说，它实际上是运行时的“变量”，只不过不允许修改，是“只读”的（read only），叫“只读变量”更合适。
既然它是“变量”，那么，使用指针获取地址，再“强制”写入也是可以的。但这种做法破坏了“常量性”，绝对不提倡。这里，我只是给你做一个示范性质的实验，还要用到另外一个关键字 volatile。
// 需要加上volatile修饰，运行时才能看到效果
const volatile int MAX_LEN  = 1024;
auto ptr = (int*)(&MAX_LEN);
*ptr = 2048;
cout << MAX_LEN << endl;      // 输出2048
可以看到，这段代码最开始定义的常数是 1024，但是输出的却是 2048。

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总结

C++中的const、volatile和mutable关键字在代码优化和安全性方面发挥着重要作用。const关键字定义常量，但在运行时仍可通过指针进行修改，而volatile关键字则禁止编译器对变量进行优化，每次使用时都需重新获取其值。在C++中，const还可用于常量引用和常量指针，以确保变量只读不可修改。此外，const成员函数表示函数执行过程是const的，不会修改对象的状态，与常量引用和常量指针相结合，可确保对象的安全性和代码的优化。文章还提到了const在类中的应用，以及对const、volatile和mutable的综合理解。文章内容涵盖了C++中const、volatile和mutable的基本用法和与类相关的应用，对读者快速了解这些关键字的作用和用法具有指导意义。此外，文章还介绍了mutable关键字，它允许const成员函数修改成员变量，但需要谨慎使用以避免损坏对象。总结来说，尽可能多用const可以让代码更安全，特别在多线程编程时尤其有用。

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无止境
c++的指针和引用有啥区别老师？
作者回复: 简单来说，指针是内存地址，引用是变量别名，指针可以是空，而引用不能为空。
2020-05-21
9
37
Bluebuger
volatile 在底层用的多，驱动、裸机开发这类。由于外部硬件设备，有部分处理器设计时候直接映射的内存地址，所以除了软件可以修改，硬件可能修改，所以需要让编译器不去优化这样的变量，必须从源头重新取值。
作者回复: 对，volatile在底层开发的时候用的比较多，一般做上层应用开发、比如服务器、UI就很少用了。
2020-06-17
2
16
奋斗
《1》volitate： cpu每次读取数据的时候，如果寄存器或者三级缓存中有该值，则直接使用，所以此时如果内存中的值被改变，值不会改变。如果加上volitate每次绕过寄存器和缓存直接从内存读取，此时内存中的值已经改变了。《2》mutable： 1、在lambal表达式中，如果捕获按值捕获，但是在函数体中想要修改，可以使用mutable 2、多线程环境下如果某个成员函数，比如int get_count() const { }，返回类中某个成员数量，势必会进行加锁保护变量达到线程安全，此时声明mutex必须是mutable的。 int get_count() const { std::lock_guard<std::mutex> lock(m) return count; } 在声明mutable std::mutex m; 需要加 mutable
作者回复: 总结的非常好，awsome。
2021-05-25

12
EncodedStar
用好const 记住文章中的“ “const &”可以引用任何类型，是函数入口参数的最佳类型” 是重点
作者回复: 这个是一个通用准则，但对于int、double这样小而简单的类型就有点“重”，int这样的内建类型可以直接用const T。 Boost库里有一个call_traits，它可以推导出最佳类型。
2020-05-22

12
罗杰
C++ 中volatile 关键字, 我感觉最关键的是要知道, 他根本不构成同步语义, 多线程编程中要杜绝使用. 记得之前看过一个资料, volatile 从C++ 标准中出现的原因是为了解决 "硬件映射到内存上..." 的问题, 也就是说一般的开发者, 根本不会涉及到这一块. java 中 volatile 和 C++ 中的 volatile 还不一样, java 中的volatile 是构成 happen-before的, 是可以使用在多线程编程当中的
作者回复: 说得很好，一定不要把其他语言的经验简单地套用到C/C++里，特别是volatile这个关键字，差异非常大。
2020-08-04
2
7
Stephen
"const 定义的常量在预处理阶段并不存在，而是直到运行阶段才会出现。",老师,那编译阶段它也没有出现吗?
作者回复: 是的，const常量本质上是变量，那么必然就是在运行阶段分配内存才能出现。但现在很多时候编译器会对const常量做优化，允许在编译阶段使用，但必须要说这并不是const常量的本意。
2020-07-31
2
7
IMBFD
前辈在const函数那里为什么不说明其实是const修饰了this呢？这样就很好解释了
作者回复: 单从成员函数的形式上来看，是看不到this指针的，我怕这么说会让有的同学更糊涂，所以就先简单地说一下，把详细的解释放在了小贴士里。
2020-09-08

3
宇天飞
学完了这节课，你觉得今后应该怎么用 const 呢？ 1、修饰常量、成员变量、成员函数 2、修饰类的时候注意const成员以及可变成员给函数的返回值加上 const，也就是说返回一个常量对象，有什么好处？使用更方便，防止意外修改
作者回复: 学习的进展很快啊，不过还是要适当保持节奏，留一点思考的时间，欲速则不达。
2020-09-01

3
范闲
1. effecttive里主要的用处就是const替换define，const成员函数，const &入参 2.返回常量对象就是实际上保持了内部状态的不可变。不受外部影响，实际上也是不希望外部改变对象
作者回复: 说的挺好的，其实在effective 里对const也花了很多的篇幅，用好const真的能够让代码更安全。
2020-05-21

3
木须柄
万能引用 (universal reference) 一般是指在函数模板时传入的 "T&&" 这种形参形式，主要作用是用来同时匹配左值和右值实参的传入，这里我觉得罗老师更多是借用了这个概念，主旨是为了说明 "const &" 使用的广泛性
作者回复: 在T&&出现之前，const&的确是万能引用，不过自从C++11新增了右值，“万能”的这个头衔就只能“让贤”了，笑。
2021-10-04

2

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