cv（const 与 volatile）类型限定符

来自cppreference.com
< cpp‎ | language


 
C++
 
C++ 语言
 
声明
 

可出现于任何类型说明符（包括声明语法的 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 类型。
  • volatile ——定义类型为易变 类型。

解释

函数类型和引用类型以外的任何（可能不完整的）类型都是包含以下四个不同但有关联的类型的组中的一个类型：

  • 无 cv 限定 版本
  • const 限定 版本
  • volatile 限定 版本
  • const volatile 限定 版本

组内的四个成员有着相同的表示和对齐要求。

数组类型被当做与它的元素类型有相同的 cv 限定。

常量和易变对象

当对象创建时，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：

  • 常量对象 是以下对象之一：
  • 类型具有 const 限定的对象
  • 常量对象的不可变子对象
这种对象不能被修改：直接尝试这么做是编译时错误，而间接尝试这么做（例如通过到非常量类型的引用或指针修改常量对象）的行为未定义。
  • 易变对象 是以下对象之一：
  • 类型具有 volatile 限定的对象
  • 易变对象的子对象
  • 常量易变对象的可变子对象
每次访问（读或写、调用成员函数等）易变类型之泛左值表达式，都当作优化方面可见的副作用（即在单个执行线程内，易变对象访问不能被优化掉，或者与另一先于或后于该易变对象访问的可见副作用进行重排序。这使得易变对象适用于与信号处理函数而非另一执行线程交流，参阅 std::memory_order）。试图通过非易变类型的泛左值访问易变对象（例如，通过到非易变类型的引用或指针）的行为未定义。
  • 常量易变对象 是以下对象之一：
  • 类型具有 const volatile 限定的对象
  • 常量易变对象的不可变子对象
  • 易变对象的常量子对象
  • 常量对象的不可变易变子对象
同时表现为常量对象与易变对象。

每个 cv 限定符（const 和 volatile）在任何 cv 限定符序列中都最多只能出现一次。例如 const const 和 volatile const volatile 都不是合法的 cv 限定符序列。

mutable 说明符

  • mutable - 允许常量类类型对象修改相应类成员（即类成员可变）。

可以在非引用非常量类型的非静态数据成员的声明中出现： 

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

mutable 用于指定不影响类的外部可观察状态的成员（通常用于互斥量、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 一起出现
    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

到 cv 限定类型的引用和指针能被隐式转换成更多 cv 限定的类型的引用和指针，详情见限定性转换。

想要将到 cv 限定类型的引用或指针转换成更少 cv 限定类型的引用或指针就必须使用 const_cast。

注解

在未声明为 extern 的非局部非易变非模板 (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++ 语言语法把 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 类型的左值作为内建自增/自减运算符的操作数；
  • volatile 类型的左值作为内建直接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；
  • 具有 volatile 限定的对象类型作为函数形参类型或返回类型；
  • volatile 限定符在结构化绑定声明中。
(C++20 起)

关键词

const, volatile, mutable

示例

运行此代码
#include <cstdlib>
 
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，当做副作用
//  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
 
    std::system("g++ -O3 -Wa,-adhln ./main.cpp"); // 在 POSIX 系统上可能给出汇编
}

可能的输出： 

# 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

缺陷报告

下列更改行为的缺陷报告追溯地应用于以前出版的 C++ 标准。

缺陷报告 应用于 出版时的行为 正确行为
CWG 1428 C++98 'const 对象'的定义基于声明 基于对象类型
CWG 1528 C++98 一个 cv 限定符序列中每个 cv 限定符的出现次数没有限制 每个 cv 限定符最多出现一次
CWG 1799 C++98 可以将 mutable 应用到没有声明为 const 的
数据成员，但这些成员的类型依然可能有 const 限定 		不能将 mutable 应用到类型
有 const 限定的数据成员

参阅

来自“https://zh.cppreference.com/mwiki/index.php?title=cpp/language/cv&oldid=93400”