深入理解C++中的Const,Mutable以及Volatile

我一直认为const表示一个常量，常量就是一个无法被修改的值，但是没有深入理解const的实现，甚至不知道mutable和volatile的存在，最近在书中看到了这一部分的知识，所以本文将详细解析这几个关键词。

首先考虑以下几个问题：

1. const int a和int const a的区别。

2. const char* s和char *const s的区别。

3. 下列代码有问题吗？如果有问题应该如何修改？

class A
{
private:
    int a;
    const int fun()
    {
        a = 1;
    }
    int fun() const
    {
        a = 2;
    }
};

4. 下列代码一定能达到目的吗？为什么？

//延时函数
void delayFun(unsigned int a)
{
    while (a--)
    {

    }
}

5.下列代码运行结果是什么？

const int i = 1;
int* j = (int*)(&i);
*j = 2;
printf("%08x %d %08x %d", &i, i, j, *j);

针对上述问题解答：

1. 无区别，表示a是一个const int变量，a无法被修改，并且a可能编译器优化掉(无内存地址)。

2. const char* s表示s是一个常量字符串的指针，它可以指向不同的常量字符串，例如

const char* s1 = "abc";
s1 = "xyz";

但是字符串内容无法被修改，下列代码出错：

s1[0]='c';

char* const s表示一个字符串指针的常量。指向一个唯一的字符串指针，无法后续修改，下列代码出错：

char* const s1 = "abc";
s1 = "xyz";

3. const int fun() 表示一个函数返回值是const int（事实上const int是无意义的），此函数和普通函数没区别。int fun() const表示该函数是常量函数，此函数无法修改类中的成员变量（规定），如果一定要修改类中的成员变量，可以将该成员变量定义为mutable，如下：

class A
{
private:
    mutable int a;
    const int fun()
    {
        a = 1;
    }
    int fun() const
    {
        a = 2;
    }
};

4. 代码可能会被优化掉，此函数是一个无效的循环，这类代码会被编译器优化掉，优化后就不存在延时效果了。如果一定要达到延时效果，可以将a定义为volatile。volatile表示此变量可能因为各种原因被修改，告诉编译器不要优化此变量产生的代码（这个一般是底层可能用到，硬件之类的，如果不理解volatile，可能导致代码出现预料之外的情况）。

5. 这段代码如果是debug模式下可能会被编译器提示出错，因为这里采用了一个强制转换修改了一个常量的值（编译器的理解是，常量是无论如何都无法被修改的，所以高级一点的编译器可能会对此代码报错），但是这段代码从C语言的语言层面上来说是没问题的，C语言里可以将任意指针转换为需要的指针。这段代码在C++中输出：

0075f8b4 1 0075f8b4 2

输出地址是一样的，但是值不一样。

为什么会这样呢？按理说地址一样，他的值肯定也是一样的，原因还是在与编译器的优化(不是编译器的错，const就是一个常量，他就应该是无法被修改的，既然无法被修改，用常量替换没问题)。编译器将所有使用i的地方会用他的值替换，类似与C语言中的#define。这里使用了强制转换强制修改i所在内存的值，但是这个值变化了，不会修改编译器优化后的代码(优化后的代码和和i这个符号都无关了)，所以有上述输出。如何修改呢？使用volatile，volatile会要求编译器不要优化该常量，既然不会优化，那么使用i的地方会使用i这个符号而不会优化为常量的值了。如下：

const volatile int i = 1;
int* j = (int*)(&i);
*j = 2;
printf("%08x %d %08x %d", &i, i, j, *j);

可以这么理解，const是一个C++为了替换C语言define而产生的关键字，const会留下一些坑。所以就使用mutable和volatile来填补这些坑。如果没搞清const的这些问题，以后在开发过程中可能会碰到坑。