C++ static, const, volatile 总结

程序员杨小哥

const

  1. const 位于 *的左侧: 用来修饰指针所指向的变量,指针指向常量。
// 指针不允许改变数据
int b = 500;
const int *a = &b;
*a = 600; // error 
// 可以通过变量本身去修改
int b = 500;
const int *a = &b;
b = 600;
cout << *a << endl; // 600
  1. const 位于 *的右侧: 用来修饰指针本身,指针是常量。
// 指针本身是常量,定义时需要初始化
int b = 500;
//int * const a;  // error
int * const c = &b;  // error

*c = 600;  // 正常,允许改值
cout << *c << endl;
  1. const 用在成员函数中, 位于 function_name () const {}

我们在定义类的成员函数中,常常有一些成员函数不改变类的数据成员。 也就是说这些函数的 readonly function,而有一些函数要修改类的数据成员的值。 如果在readonly function都加上const进行标识,无疑会提高程序的可读性。 其实还能提高程序的可靠性,已定义成const的成员函数,一旦企图改变数据成员的值,则编译器按错误处理。

class A
{
public:
    A(int x) : a(x) {}
    int get() const { return a; }
    int get2() const { return a++; }  // ERROR read-only object
private:
    int a;
};

int main(int argc, char const *argv[])
{
    A obj(10);
    cout << obj.get() << endl;
    cout << obj.get2() << endl;
    return 0;
}

const 修饰之后,readonly function 也将只能调用 readonly function, 其实很好理解,如果readonly function 函数调用了其他函数,可能数据就会发生变化。

class A
{
public:
    A(int x) : a(x) {}
    int get() const { get2(); return a; }  // 错误,不能调用非 readonly function
    int get2() const {}
private:
    int a;
};

int main(int argc, char const *argv[])
{
    A obj(10);
    int b = obj.get();
    cout << b << endl;
    return 0;
}

如果类的数据成员加上mutable后,修饰为 const的成员变量,也可以修改。

class A
{
public:
    A(int x) : a(x) {}
    int get() const { return ++a; }
private:
    mutable int a;
};


int main(int argc, char const *argv[])
{
    A obj(10);
    int b = obj.get();
    cout << b << endl;
    return 0;
}
  1. const 位于函数声明前,意味着函数的返回值是常量

面试时需要注意的是: 面试时应该描述const的只读,而不仅仅是常量,关键字const的作用是为读你代码的人传达非常有用的信息。 实际上,声明一个参数为常量是为了告诉用户这个参数的应用目的。 如果你曾花很多时间清理其他人留下的垃圾,你就会很快学会感谢这点儿多余的信息。 当然,懂得用 const 的程序员很少会留下垃圾让别人来清理。 通过给优化器一些附加的信息, 使用关键字const也许能产生更紧凑的代码。
合理地使用关键字const可以使编译器很自然地保护那些不希望被改变的参数, 防止其被无意的代码修改。 简而言之,这样可以减少bug的出现。

volatile

volatile 关键字是一种类型修饰符,用它声明的类型变量表示可以被某些编译器未知的因素更改,比如:操作系统、硬件或者其它线程等。

遇到这个关键字声明的变量,编译器对访问该变量的代码就不再进行优化。

volatile限定修饰符的用法与const非常相似都是作为类型的附加修饰符。例如:

volatile int display_register;
volatile Task *curr_task;
volatile int ixa[ max_size ];
volatile Screen bitmap_buf;

display_register是一个int型的volatile对象;
curr_task是一个指向volatile的Task类对象的指针;
ixa是一个volatile的整型数组,数组的每个元素都被认为是volatile的;
bitmap_buf 是一个volatile的Screen类对象,它的每个数据成员都被视为volatile的。

volatile的语法与const是一样的,但是volatie的意思是“在编译器认识的范围外,这个数据可以被改变”。不知什么原因,环境正在改变数据(可能通过多任务处理),所以,volatile告诉编译器不要擅自做出有关数据的任何假定,在优化期间这是特别重要的。如果编译器说:我已经把数据读进寄存器,而且再没有与寄存器接触。”在一般情况下,它不需要再读这个数据。但是,如果数据是volatile修饰的,编译器则不能做出这样的假定,因为数据可能被其他进程改变了,编译器必须重读这个数据而不是优化这个代码。
就像建立const对象一样,程序员也可以建立volatile对象,甚至还可以建立const volatile 对象。 这个对象不能被程序员改变,但可通过外面的工具改变。

例1: 关键字volatile有什么含义?并给出3个不同的例子。

一个定义为volatile的变量是说这变量可能会被意想不到地改变,这样,编译器就不会去假设这个变量的值了。精确地说就是,优化器在用到这个变量时必须每次都小心地重新读取这个变量的值,而不是使用保存在寄存器里的备份。

下面是volatile变量的几个例子:

  1. 并行设备的硬件寄存器(如状态寄存器)
  2. 一个中断服务子程序中会访问到的非自动变量(Non-automatic varbliaes)。
  3. 多线程应用中被几个任务共享的变量。

例2: 一个参数可以既是const又是volatile吗?一个指针可以是volatile吗?解释为什么。

第一个问题:可以。一个例子就是只读的状态寄存器。它是volatile,因为它可能被意想不到地改变;它又是const, 因为程序不应该试图去修改

第二个问题: 可以。 尽管这并不很常见。一个例子是当一个中断服务子程序修改一个指向一个buffer的指针时。

例3: 下面的函数有什么错误?

int square(volatile int *ptr) {
    return *ptr * *ptr;
}

这段代码的目的是用来返还指针*ptr指向值的平方,但是,由于*ptr指向一个volatlie型参数,编译器将产生类似下面的代码:

int square(volatile int *ptr) {
    int a, b;
    a = *ptr;
    b = *ptr;
    return a * b;
}

由于*ptr的值可能被意想不到地改变,因此a和b可能是不同的。 结果,这段代码可能无法返回你所期望的平方值。

正确的代码如下:

int square(volatile int *ptr) {
    int a = *ptr;
    return a * a;
}

static

  • 函数体内static变量的作用范围为该函数体,不同于auto变量,该变量的内存只被分配一次,因此其值在下次调用时仍维持上次的值。
  • 在模块内的static全局变量可以被模块内所有函数访问,但不能被模块外其他函数访问
  • 在模块内的static函数只可被这模块内的其他函数调用,这个函数的使用范围被限制在声明它的模块内。
  • 在类中的static成员变量属于整个类所拥有,对类的所有对象只有一份复制
  • 在类中的static成员函数属于整个类所拥有,这个函数不接收this指针,因而只能访问类的static成员变量。

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