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cv (const 和 volatile) 类型限定符

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声明
 

出现在任何类型说明符中，包括声明语法的 decl-specifier-seq 中，以指定所声明对象或所命名类型的 constness 或 volatility。

  • const - 定义类型是 *常量*。
  • volatile - 定义类型是 *易变* 的。

目录

[编辑] 解释

除了函数类型或引用类型之外的任何（可能是不完整的）类型都属于以下四种不同但相关的类型组：

  • 一个 *cv-unqualified* 版本。
  • 一个 *const-qualified* 版本。
  • 一个 *volatile-qualified* 版本。
  • 一个 *const-volatile-qualified* 版本。

同一组中的这四种类型具有相同的表示和对齐要求。

数组类型被认为具有与其元素类型相同的 cv-限定。

[编辑] const 和 volatile 对象

当一个对象首次创建时，所使用的 cv-限定符（可以是声明中 decl-specifier-seq 的一部分或 declarator 的一部分，或new-expression中 type-id 的一部分）决定了对象的 constness 或 volatility，如下所示：

  • 一个 *const 对象* 是
  • 类型为 const-qualified 的对象，或
  • const 对象的非mutable子对象。
这样的对象不能被修改：直接修改会是一个编译时错误，间接修改（例如，通过非 const 类型的引用或指针修改 const 对象）会导致未定义行为。
  • 一个 *volatile 对象* 是
  • 类型为 volatile-qualified 的对象，
  • volatile 对象的子对象，或
  • const-volatile 对象的mutable子对象。
通过 volatile-qualified 类型 glvalue 表达式进行的每次访问（读写操作、成员函数调用等）都被视为优化目的的可见副作用（即，在单个执行线程中，volatile 访问不能被优化掉，也不能与在 volatile 访问之前或之后定序的另一个可见副作用重新排序。这使得 volatile 对象适用于与信号处理程序通信，但不适用于与另一个执行线程通信，请参阅std::memory_order）。任何通过非 volatile 类型的glvalue（例如，通过非 volatile 类型的引用或指针）访问 volatile 对象的尝试都会导致未定义行为。
  • 一个 *const volatile 对象* 是
  • 类型为 const-volatile-qualified 的对象，
  • const volatile 对象的非mutable子对象，
  • volatile 对象的 const 子对象，或
  • const 对象的非mutable volatile 子对象。
兼具 const 对象和 volatile 对象的行为。

每个 cv-限定符（const 和 volatile）在任何 cv-限定符序列中最多只能出现一次。例如，const const 和 volatile const volatile 不是有效的 cv-限定符序列。

[编辑] mutable 说明符

  • mutable - 允许修改声明为 mutable 的类成员，即使包含对象声明为 const（即，类成员是可变的）。

可以出现在非引用非 const 类型的非静态类成员的声明中

class X
{
    mutable const int* p; // OK
    mutable int* const q; // ill-formed
    mutable int&       r; // ill-formed
};

mutable 用于指定成员不影响类的外部可见状态（通常用于互斥锁、备忘缓存、延迟评估和访问检测）。

class ThreadsafeCounter
{
    mutable std::mutex m; // The "M&M rule": mutable and mutex go together
    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;
    }
};

[编辑] 转换

cv-限定符根据限制增加的顺序存在部分排序。类型可以被称为 *更* 或 *更少* cv-限定的：

  • unqualified < const
  • unqualified < volatile
  • unqualified < const volatile
  • const < const volatile
  • volatile < const volatile

指向 cv-qualified 类型的引用和指针可以隐式转换为指向更 cv-qualified 类型的引用和指针，详见限定符转换。

要将指向 cv-qualified 类型的引用或指针转换为指向较少 cv-qualified 类型的引用或指针，必须使用const_cast。

[编辑] 注意

在非局部非 volatile 非模板(C++14 起)非inline(C++17 起) 变量的声明中使用 const 限定符，如果该变量未声明为 extern，则它具有内部链接。这与 C 不同，C 中 const 文件作用域变量具有外部链接。

C++ 语言语法将 mutable 视为存储类说明符，而不是类型限定符，但它不影响存储类或链接。

某些 volatile 的用法已被弃用

 (C++20 起)

[编辑] 关键字

const, volatile, mutable

[编辑] 示例

运行此代码
#include <cstdlib>
 
int main()
{
    int n1 = 0;          // non-const object
    const int n2 = 0;    // const object
    int const n3 = 0;    // const object (same as n2)
    volatile int n4 = 0; // volatile object
 
    const struct
    {
        int n1;
        mutable int n2;
    } x = {0, 0};        // const object with mutable member
 
    n1 = 1;   // OK: modifiable object
//  n2 = 2;   // error: non-modifiable object
    n4 = 3;   // OK: treated as a side-effect
//  x.n1 = 4; // error: member of a const object is const
    x.n2 = 4; // OK: mutable member of a const object isn't const
 
    const int& r1 = n1; // reference to const bound to non-const object
//  r1 = 2; // error: attempt to modify through reference to const
    const_cast<int&>(r1) = 2; // OK: modifies non-const object n1
 
    const int& r2 = n2; // reference to const bound to const object
//  r2 = 2; // error: attempt to modify through reference to const
//  const_cast<int&>(r2) = 2; // undefined behavior: attempt to modify const object n2
 
    [](...){}(n3, n4, x, r2); // see also: [[maybe_unused]]
 
    std::system("g++ -O3 -Wa,-adhln ./main.cpp"); // may issue asm on POSIX systems
}

可能的输出

# typical machine code produced on an x86_64 platform
# (only the code that contributes to observable side-effects is emitted)
main:
    movl    $0, -4(%rsp) # volatile int n4 = 0;
    movl    $3, -4(%rsp) # n4 = 3;
    xorl    %eax, %eax   # return 0 (implicit)
    ret

[编辑] 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 发布时的行为 正确的行为
CWG 1428 C++98 “const 对象”的定义基于声明 基于对象类型
CWG 1528 C++98 对同一 cv-限定符序列中每个 cv-限定符的出现次数没有要求
对同一 cv-限定符序列中每个 cv-限定符的出现次数没有要求		 最多一次
每个 cv-限定符
CWG 1799 C++98 mutable 可以应用于未声明为 const 的数据成员
const，但成员类型仍可以是 const-qualified		 不能将 mutable 应用于 const-qualified 类型的数据成员
const-qualified 类型的数据成员

[编辑] 另见

C 文档 关于 const 限定符
C 文档 关于 volatile 限定符
取自“https://cppreference.cn/mwiki/index.php?title=cpp/language/cv&oldid=174677”