C++基本功：全面掌握const、volatile和mutable關(guān)鍵字

CONST

一.一般應(yīng)用
1.const修飾各種變量的用法.
   a.取代define
     #define D_INT 100
     #define D_LONG 100.29
     ………
     const int D_INT = 100;
     const D_INT = 100;     //如果定義的int類型,可省略int.
     const long D_LONG = 100.29;
     ………
     const int& a = 100;
     const替代define雖然增加分配空間,可它卻保證了類型安全.
在C標(biāo)準(zhǔn)中,const定義的數(shù)據(jù)相當(dāng)于全局的,而C++中視聲明的位置而定.
   b.修飾指針相關(guān)的變量
以三組簡(jiǎn)單的定義示意：
     Group1:  
     int a = 0;   
     const int* b = &a;------------  [1]               
     int const *b = &a;------------  [2]                    
     const int* const b = &a;---- [4]  
     Group2: 
     const char *p = "const";--------------[1]
     char const *p = "const";--------------[2]  
     char* const p = "const";--------------[3]  
     const char * const p = "const";----[4]     
     Group3:
      int a=0;
        const int &b = a;---------------[1]
     int const &b = a;---------------[2] 
     int & const b = a;--------------[3]  //--->修飾引用時(shí),const被忽略
     const int & const b = a;-----[4]
總結(jié)：
     1.如果const位于星號(hào)左側(cè),則const用來修飾指針?biāo)赶虻淖兞?
即指針指向的為不可變的.
     2.如果const位于星號(hào)右側(cè),const就是修飾指針本身,即指針本身是
不可變的.
因此,[1]和[2]的情況相同,指針?biāo)赶騼?nèi)容不可變(const放在變量
聲明符的位置無關(guān)),
這種情況下不允許對(duì)內(nèi)容進(jìn)行更改,如不能*a = 3 ;
     3.[3]中指針本身是不可變的，而指針?biāo)赶虻膬?nèi)容是可變的,這種情況
下不能對(duì)指針本身
進(jìn)行更改操作,如a++是錯(cuò)誤的
     4.[4]中指針本身和指向的內(nèi)容均為常量.(引用特殊：引用在使用增加
遇義時(shí),增加它代表的變量.所以qualifiers on reference are ignoredv.
延伸點(diǎn):
注意示例:
       1.const int& reference = 1000;
       2.char* p = "const"
         char*& q ;
2.const在函數(shù)環(huán)境下的各種應(yīng)用
常用法示例如下：
   const A&  _Fun(const  A& _in);  //修飾引用型傳入?yún)?shù)
   // A  _Fun(const A& _in);
   //A& _Fun(const A& _in);
   //上面的兩種,在函數(shù)內(nèi)部有特殊的步驟,這里不詳提了…..
   const  A*  _Fun( const  A* _in);   //修飾指針型傳入?yún)?shù)
   void _Fun( ) const;   //修飾class成員函數(shù)
   const  A&  _Fun(A& _in );  //修飾返回值
   const A & operator(const A& _in);  //同時(shí)修飾傳入?yún)?shù)和返回值

   a.修飾參數(shù)
如void _Fun(const A* _in)或 void _Fun(const A& _in);
它們被修飾后,在函數(shù)執(zhí)行期間行為特性同于上面的講解,
注意：這不會(huì)改變?cè)瓉頂?shù)據(jù)的是否是const的屬性.

   b.修飾函數(shù)返回值
    const A&  _Fun( )
    const A*   _Fun( );
注意：由于生命期不同步的問題,不可將局部的變量的指針或引用返回(static除外).
另外,傳出來的視情況,代表不同的意思…
對(duì)于A&返回類型,你若將之賦與其它變量,那么它實(shí)際執(zhí)行的是將返回的變量
    (或引用)代表的數(shù)據(jù)賦出..而你若將其它值賦予之,那么被賦予的是變量或引
用代表的數(shù)據(jù). 而const A& 一般是防止之做為左值被賦值.

這個(gè)地方還有很多的細(xì)節(jié)問題(譬如在連續(xù)賦值、返回的臨時(shí)對(duì)象的處理、
重載的const和非cosnt運(yùn)算符等等),讀者自己在實(shí)踐中需要多多總結(jié).

使用可變（mutable）成員隱藏實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)
作者： Builder.com

鍵字 mutable 是一個(gè)奇怪的修飾符（specifier），它只能夠用于一個(gè)類的非靜態(tài)數(shù)據(jù)成員。下面我將討論 mutable 的語義和用法，但是首先我要解釋一下 C++ 對(duì)象模型的一個(gè)關(guān)鍵概念。

對(duì)象的狀態(tài)

一個(gè)對(duì)象的狀態(tài)由其非靜態(tài)數(shù)據(jù)成員的值構(gòu)成，因此，修改一個(gè)數(shù)據(jù)成員將會(huì)改變整個(gè)對(duì)象的狀態(tài)。將一個(gè)成員函數(shù)聲明為 const 能夠保證它不會(huì)改變對(duì)象的狀態(tài)。

然而在一些情況下，對(duì)象的邏輯狀態(tài)與基物理狀態(tài)之間可能有差別。例如，對(duì)于一個(gè)表示繪畫圖像的對(duì)象就存在這種情況。如果圖像還沒有更改，那 么我們就認(rèn)為其狀態(tài)沒有發(fā)生變化。然而，從底層實(shí)現(xiàn)方面來說，如果大對(duì)象在一段時(shí)間沒有活動(dòng)，那么它們的內(nèi)存通常會(huì)被交換到一個(gè)文件中。交換一個(gè)圖像并不 會(huì)真地影響其狀態(tài)，但是對(duì)象的一些數(shù)據(jù)成員可能會(huì)發(fā)生變化，在這里可能會(huì)發(fā)生變化的是指針、標(biāo)志位等。

在用戶調(diào)用一個(gè)諸如 Redraw() 之類的 const 成員函數(shù)時(shí)，他們并不關(guān)心這個(gè)函數(shù)在內(nèi)部是如何實(shí)現(xiàn)的。從他們的角度來說，這個(gè)函數(shù)并不改變對(duì)象的邏輯狀態(tài)，因此被聲明為 const。Redraw() 有可能修改對(duì)象的物理狀態(tài)這一事實(shí)是一個(gè)他們不應(yīng)該關(guān)心的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。例如：

int Image::Redraw() const
{
 if (isLoaded==false)
 {
  //..read image data from a disk into a local buffer
  isLoaded=true; //changing a data member's value
 }
  //..paint image in the screen
}

class Image

可變（mutable）數(shù)據(jù)成員

如果嘗試編譯這段代碼，你會(huì)得到一個(gè)編譯錯(cuò)誤。雖然 Redraw() 聲明為 const，但是它修改了一個(gè)數(shù)據(jù)成員。解決這個(gè)編譯錯(cuò)誤的方法是將 isLoaded 聲明為一個(gè) mutable 數(shù)據(jù)成員：

class Image
{
public:
 int Redraw() const;
 //..
private:
 mutable bool isLoaded;//can be changed by a const function
};

不像普通的數(shù)據(jù)成員，const 成員函數(shù)可以修改 mutable 數(shù)據(jù)成員。

Mutable 數(shù)據(jù)成員的使用看上去像是騙術(shù)，因?yàn)樗軌蚴?const 函數(shù)修改對(duì)象的數(shù)據(jù)成員。然而，明智地使用 mutable 關(guān)鍵字可以提高代碼質(zhì)量，因?yàn)樗軌蜃屇阆蛴脩綦[藏實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，而無須使用不確定的東西，比如 const_cast<>。

　　volatile是c/c++中一個(gè)鮮為人知的關(guān)鍵字,該關(guān)鍵字告訴編譯器不要持有變量的臨時(shí)拷貝,它可以適用于基礎(chǔ)類型
　　如：int,char,long......也適用于C的結(jié)構(gòu)和C++的類。當(dāng)對(duì)結(jié)構(gòu)或者類對(duì)象使用volatile修飾的時(shí)候，結(jié)構(gòu)或者
　　類的所有成員都會(huì)被視為volatile.

　　使用volatile并不會(huì)否定對(duì)CRITICAL_SECTION,Mutex,Event等同步對(duì)象的需要
　　例如：
　　int i;
　　i = i + 3;
　　無論如何，總是會(huì)有一小段時(shí)間，i會(huì)被放在一個(gè)寄存器中，因?yàn)樗阈g(shù)運(yùn)算只能在寄存器中進(jìn)行。一般來說，volatitle
　　關(guān)鍵字適用于行與行之間，而不是放在行內(nèi)。

　　我們先來實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的函數(shù)，來觀察一下由編譯器產(chǎn)生出來的匯編代碼中的不足之處，并觀察volatile關(guān)鍵字如何修正
　　這個(gè)不足之處。在這個(gè)函數(shù)體內(nèi)存在一個(gè)busy loop(所謂busy loop也叫做busy waits,是一種高度浪費(fèi)CPU時(shí)間的循環(huán)方法)

　void getKey(char* pch)
　　{
　　while (*pch == 0)
　　;
　　}

　　當(dāng)你在VC開發(fā)環(huán)境中將最優(yōu)化選項(xiàng)都關(guān)閉之后，編譯這個(gè)程序，將獲得以下結(jié)果(匯編代碼)

　　;       while (*pch == 0)
　　$L27
　　; Load the address stored in pch
　　mov eax, DWORD PTR _pch$[ebp]
　　; Load the character into the EAX register
　　movsx eax, BYTE PTR [eax]
　　; Compare the value to zero
　　test eax, eax
　　; If not zero, exit loop
　　jne $L28
　　;
　　jmp $L27
　　$L28
　　;}

　　這段沒有優(yōu)化的代碼不斷的載入適當(dāng)?shù)牡刂?，載入地址中的內(nèi)容，測(cè)試結(jié)果。效率相當(dāng)?shù)牡停墙Y(jié)果非常準(zhǔn)確

　　現(xiàn)在我們?cè)賮砜纯磳⒕幾g器的所有最優(yōu)化選項(xiàng)開關(guān)都打開以后，重新編譯程序，生成的匯編代碼，和上面的代碼
　　比較一下有什么不同

　　;{
　　; Load the address stored in pch
　　mov eax, DWORD PTR _pch$[esp-4]
　　; Load the character into the AL register
　　movsx al, BYTE PTR [eax]
　　; while (*pch == 0)
　　; Compare the value in the AL register to zero
　　test al, al
　　; If still zero, try again
　　je SHORT $L84
　　;
　　;}