cv（const 与 volatile）类型限定符

 

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声明

概览 声明语法 声明说明符序列 声明符 说明符 typedef inline virtual 函数说明符 explicit 函数说明符 friend constexpr (C++11) consteval (C++20) constinit (C++20) 存储类说明符 翻译单元局部 (C++20) classstruct union enum decltype (C++11) auto (C++11) alignas (C++11) constvolatile 详述类型说明符 属性(C++11)

声明符 引用 指针 数组 块声明 简单声明 结构化绑定声明 (C++17) 别名声明(C++11) 命名空间别名定义 using 声明 using 指令 static_assert 声明 (C++11) asm 声明 不可见 enum 声明(C++11) 其他声明 命名空间定义 函数声明 类模板声明 函数模板声明 显式模板实例化(C++11) 显式模板特化 链接说明 属性声明 (C++11) 空声明

 

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 类型。
• volatile ——定义类型为易变 类型。

解释

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：数组类型被当做与它的元素类型有相同的 cv 限定。

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——类型是 const-限定的 对象，或常量对象的非可变（mutable）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——类型是 volatile-限定的 对象，或易变对象的子对象，或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——类型是 const-volatile-限定的 对象，常量易变对象的非可变子对象，易变对象的常量子对象，或常量对象的非可变易变子对象。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 - 容许常量类类型对象修改相应类成员。

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：

• 到无限定类型的引用/指针能被转换成到 const 的引用/指针
• 到无限定类型的引用/指针能被转换成到 volatile 的引用/指针
• 到无限定类型的引用/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

注意：多级指针另有其他限制。

想要将到 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就必须使用 const_cast。

关键词

const, volatile, mutable

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 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； 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
}

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 的定义曾基于声明	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