【C进阶】9、const和volatile分析

Summary

1）const修饰的变量是只读的，本质还是变量。(不论值能否改变)

2）分配空间：
const修饰的局部变量在栈上分配空间。
const修饰的全局变量在全局数据区（或只读存储区）分配空间。(这两点印证了const修饰的仍然是变量，因为在内存中依然会分配空间)

3）const只在编译期有用，在运行期无用。（表示：const修饰的变量，在编译的时候不能放在赋值符号左侧，但是在运行期，就可以通过指针改变该变量的值）

4）在现代C语言编译器中，修改const全局变量会导致程序崩溃。因为现代C语言编译器，会将具有全局生命期的const变量放在只读存储区，改了只读存储区的内容，造成崩溃。标准C语言编译器仍然将全局生命期的const变量放在全局数据区，所以是可以改变的。

5）const修饰函数参数，表示在函数体内不希望改变参数的值（形参不可以出现在赋值符号左侧）。

6）const修饰函数返回值，表示返回值不可改变，多用于返回指针的情况（指针指向的值不可改变）。

7）字符串字面量存储于只读存储区，必须使用const char*来引用字符串字面量（这样在编译期会将修改只读存储区字面量的错误报出来）；如果只是使用了char *，此时编译的过，但是运行时就会遇到段错误。

8）volatile告诉编译器每次都必须去内存中去变量值；volatile多用于多线程环境中（变量可能在其他线程或其他地方被改变）

const和volatile

1、const

1.1 const修饰变量

const int const_global_i = 1;  // const全局变量，全局生命期

int main()
{
    const static int const_static_i = 2; // static局部变量，全局生命期

    const int const_local_i = 3;        // 普通局部变量
    
//    const_local_i = 30;    // error，在编译期不允许出现在赋值符号左侧

    int* p = NULL;        // 标准C语法需要将要使用的变量先声明。
    
    p = (int*)&const_global_i;
    *p = 10;
    printf("const_global_i = %d\n", const_global_i);

    p = (int*)&const_static_i;
    *p = 20;
    printf("const_statici = %d\n", const_static_i);

    p = (int*)&const_local_i;
    *p = 30;
    printf("const_local_i = %d\n", const_local_i);

    return 0;
}

• 在bcc编译器下（标准C语言编译器），这段代码可正常编译，测试的结果为三个变量的值均被改变，说明，在标准C编译器下，const定义的所有只读变量的值都可以改变。

• 在gcc编译器下（扩展C编译器），这段代码可以编译的过，但是下面这两处赋值语句，在运行时都会发生段错误。说明，在现代C语言编译器下，const定义的只读变量如果是全局生命期（如全局变量、static变量），则会将该变量放到只读存储区，修改了就会段错误。

    p = (int*)&const_global_i;
    *p = 10;
    printf("const_global_i = %d\n", const_global_i);
  
    p = (int*)&const_static_i;
    *p = 20;
    printf("const_statici = %d\n", const_static_i);

1.2 const修饰函数参数

const修饰函数参数表示在函数体内不希望改变参数的值。

void func(const int a)
{
    a = 2;    // error, assignment of read-only parameter ‘a’
}

当使用const修饰了函数参数，在函数内部就不能改变形参的值。
特殊的：当函数的参数是指针时，const依然在保护某个值不可改变，遵循“左数右指”原则。

void func(const int* a)
{
    *a = 1; // error，指向的数不可改变，即*a不能作为左值
}

void func(int* const a)
{
    a = (int*)1; // error，指针不可改变，即a不可作为左值
}

1.3 const修饰函数返回值

const修饰函数返回值表示返回值不可改变，多用于返回指针的情形。

const int* GetInt()
{
    int* p = (int*)malloc(4);
    *p = 1;

    return p;
}

int main()
{
    const int* p = GetInt();    // 返回值为const的指针，也必须const的指针来接
                                // 在编译层面保证函数返回的指针指向的值不可改变
    printf("*p = %d\n", *p);

    *p = 2;     // error，修改只读的值，read-only

    return 0;
}

多用于函数返回值是指针的情形，是因为，一般函数返回的这段内存，希望是只读的，在哪都不允许改变的。如果是一个普通的变量，函数返回的是一个副本，也不存在修改原来的内存里的值的情况。

1.4 字符串常量的类型？

C语言中的字符串字面量存储于只读存储区中，在程序中必须使用const char*指针。
理解：字符串字面量存储于只读存储区中，自然在代码里，也需要使用const关键字来指明它的只读属性。

// 错误示例
char* p = "Delphi";        // "Delphi"是一个字符串字面量，存储于只读存储区

p[0] = 'a';                // runtime error，段错误。修改只读存储区的自然会崩溃

// 正确用法：使用了const之后，错误的赋值在编译期就会报出来
const char* p = "Delphi";    // 使用const显示说明"Delphi"字面量的只读属性

p[0] = 'a';                // compile error，修改只读变量的值

2、volatile

• volatile可理解为“编译器警告指示字”，禁止编译器优化
• volatile告诉编译器每次必须去内存中取变量值
• volatile主要修饰可能被多个线程访问的变量

• volatile也可以修饰可能被未知因素更改的变量
  Demo示例

  int obj = 10;
  int a=0, b=0;
  
  a = obj;
  
  sleep(100);
  
  b = obj;

  • 编译器在编译时发现obj没有作为左值使用，所以是不会改变的，那么就直接去拿他的字面量使用了，不用去访问内存了，多“聪明”（因为CPU访问内存是耗时的操作，既然obj不变，所以拿字面量用也不会出错，而且更快了，两全其美）。
  • 但实际上，如果这是一个多线程程序，或者是嵌入式中断处理程序，在sleep的时候obj的值很可能在某个线程中或者某个中断处理程序中被改变了，这时候直接用字面量的值就不对了。
• 所以是否使用volatile关键字，要视情况分析，因为读内存是耗时的。

小问题：const voaltile int i = 0；变量i具有什么样的特性？编译器如何处理该变量？
答：const使得变量i具有只读属性，所以在程序中不可作为左值；volatile告诉编译器每次遇到要用变量i时，都必须去读i所代表的那段内存里的值。

本文总结自“狄泰软件学院”唐佐林老师《C语言进阶课程》。
如有错漏之处，恳请指正。