volatile与const综合分析

在C/C++ 编程中，volatile与const关键字一向容易让人困惑，当然，新手可能从来不用，但是在高质量和稳健的程序中，这两个关键字是相当重要的。

相比const，volatile关键字的发展（变化）较少，从C到C++的演变中，一直保持着它的语义，因此，我们先从volatile来了解下，这两个关键字

一、volatile

1.volatile 的基础认知：

volatile 的英文释义是容易挥发的，

作为关键字，可以记忆为它修饰的变量是不稳定的，可能被其他地方的某些方式改变，因此为了获取正确的值，编译器不该对其做优化，比如为了获取较快的读取速度，将它放入寄存器中等，而是每次都要从它所在的内存中读取。

BS在书中对 volatile 的定义是：

A volatile specifier is a hint to a compiler that an object may change its value in ways not specified by the language so that aggressive optimizations must be avoided.

volatile修饰符意在暗示编译器，该被修饰的对象通过该语言未指定的方式改变他的值，因此，积极的优化都应该被消除。

未指定的方式，比如操作系统，硬件或者其他线程等。

遇到volatile修饰的变量，编译器对访问该变量的代码不再进行优化，从而可以提供对特殊地质的稳定访问。

稳定的访问的方式是，系统总是重新从该变量的内存中读取数据，即使它前面的指令刚刚从该处读取过数据。

2.volatile 修饰指针

我们可以使用 volatile修饰指针，比如

volatile char * myVolatileStr;
char *volatile strVolatilePtr;

volatile 修饰 char* 和 *char 是有较大区别的，和const修饰一样，volatile可以将其修饰的内存区域声明为易挥发的，也可以将指针变量本身声明为易挥发的。通常，有以下注意点：

注意：(1) 可以把一个非volatile int 赋给 volatile int，但是不能把非volatile对象赋给一个volatile对象。

　　 (2) 除了基本类型外，对用户定义类型也可以用volatile类型进行修饰。

(3) C++中一个有volatile标识符的类只能访问它接口的子集，一个由类的实现者控制的子集。用户只能用const_cast来获得对类型接口的完全访问。此外，volatile向const一样会从类传递到它的成员。

3.volatile在多线程中

在多线程中，有些变量是要用volatile关键字声明的。当两个线程都要用到某一个变量且该变量的值会被改变时，应该用volatile声明，该关键字的作用是防止优化编译器把变量从内存装入CPU寄存器中。如果变量被装入寄存器，那么两个线程有可能一个使用内存中的变量，一个使用寄存器中的变量，这会造成程序的错误执行。volatile的意思是让编译器每次操作该变量时一定要从内存中真正取出，而不是使用已经存在寄存器中的值，

下面，来对比学习下 const，

二、const

1.const基础

在C++中，老手们建议我们尽可能的多使用 const，但是为啥呢？如果面试官问起，你就说，为了程序的稳健性，但是这和问锻炼身体为啥呢，保卫祖国，没什么区别。

const 理论上是 constant的简写，constant的英文释义是不变的；恒定的；经常的。但是很多大神将它理解成了只读的，readonly，甚至觉得要把这个关键词替换成readonly。这在gun编译器中也是这么提错的，很有意思。

和volatile一样，const也是对编译器的约束（废话），它明确的告诉编译器，const修饰的变量是不变的，如果出现了其他地方的对其修饰值的改变，应该在编译期间就报错。这样能大大提高程序的健壮性，当然，对于程序员，在编译期间就发现错误本就是极好的。

2.const修饰局部变量

这是最基本的用法，如

const int i = ;
int const i = ;

二者并无本质差异，都是表示变量i是不变的，

3.const 与指针

const char* str;
char * const str;
char const* str;
const char* const str;
const char const* str;

以上，声明了 5种const 与指针的位置修饰关系。

我们一一说明下：

声明 1 ，与 const int i，没有区别，修饰其所指向的内存区域是只读的，不允许修改

声明 2 ，const 直接修饰 str，即指针变量本身，说明该指针变量本身是只读的，但是，其所指向的内存区域还是可以改变的。

声明 3 ，与声明1 本质一致，见第2

声明 4, 声明1 和声明 2 的合并，其意义也是 2者的合并

声明 5 ，错误的声明。

通过以上分析可以看出，const与其修饰的哪个类型近，就限定了哪个为只读，这是规定，但是要防止像声明5 那样的错误声明，因为有两个const都在修饰 char，这明显是错误的。

4.const与引用

在C++中，可以使用 const 修饰引用，

5. const修饰函数参数

const修饰函数参数是它最广泛的一种用途，它表示函数体中不能修改参数的值(包括参数本身的值或者参数其中包含的值)。

void function(constintVar);//传递过来的参数在函数内不可以改变(无意义，因为Var本身就是形参)
void function(constchar*Var);//参数指针所指内容为常量不可变
void function(char*constVar);//参数指针本身为常量不可变(也无意义，因为char* Var也是形参)

将参数修饰为常量引用，增加了效率同时防止修改。

修饰引用参数时：

void function(constClass&Var);//引用参数在函数内不可以改变
void function(const TYPE&Var);//引用参数在函数内为常量不可变

6. const 修饰函数返回值

const修饰函数返回值其实用的并不是很多，它的含义和const修饰普通变量以及指针的含义基本相同。

(1) const int fun1() 这个其实无意义，因为参数返回本身就是赋值。

(2) const int * fun2()

调用时 const int *pValue = fun2();

我们可以把fun2()看作成一个变量，那么就是我们上面所说的1.(1)的写法，即指针内容不可变。

(3) int* const fun3()

调用时 int * const pValue = fun2();

我们可以把fun2()看作成一个变量，那么就是我们上面所说的1.(2)的写法，即指针本身不可变。

7. const修饰类对象/对象指针/对象引用

const修饰类对象表示该对象为常量对象，其中的任何成员都不能被修改。对于对象指针和对象引用也是一样。

const修饰的对象，该对象的任何非const成员函数都不能被调用，因为任何非const成员函数会有修改成员变量的企图。

例如：

class AAA
{
   void func1();
void func2()const;
}
const AAA aObj;
aObj.func1();//×
aObj.func2();//正确
 
const AAA* aObj =new AAA();
aObj->func1();// ×
aObj->func2();//正确

8. const修饰成员变量

const修饰类的成员函数，表示成员常量，不能被修改，同时它只能在初始化列表中赋值。

class A
{
   …
   constint nValue;       //成员常量不能被修改
   …
   A(int x): nValue(x){};//只能在初始化列表中赋值
}

9. const修饰成员函数

const修饰类的成员函数，则该成员函数不能修改类中任何非const成员函数。一般写在函数的最后来修饰。

class A
{
   …
void function()const;//常成员函数, 它不改变对象的成员变量. 也不能调用类中任何非const成员函数。
}

对于const类对象/指针/引用，只能调用类的const成员函数，因此，const修饰成员函数的最重要作用就是限制对于const对象的使用。

10. const常量与define宏定义的区别

(1) 编译器处理方式不同

define宏是在预处理阶段展开。

const常量是编译运行阶段使用。

(2) 类型和安全检查不同

define宏没有类型，不做任何类型检查，仅仅是展开。

const常量有具体的类型，在编译阶段会执行类型检查。

(3) 存储方式不同

define宏仅仅是展开，有多少地方使用，就展开多少次，不会分配内存。

const常量会在内存中分配(可以是堆中也可以是栈中)。

三、总结分析

那么问题来了，理解了 volatile 和 const关键词的使用场景，那么二者可以同时使用吗?

比如 const volatile int i;这样的声明是否有问题呢？

从语义上讲，似乎不可能，但是，这样的声明其实是合法的。

因为const和volatile这两个类型限定符并不矛盾。const表示（运行时）常量语义：被const修饰的对象在所在的作用域无法进行修改操作，编译器对于试图直接修改const对象的表达式会产生编译错误。volatile表示“易变的”，即在运行期对象可能在当前程序上下文的控制流以外被修改（例如多线程中被其它线程修改；对象所在的存储器可能被多个硬件设备随机修改等情况）：被volatile修饰的对象，编译器不会对这个对象的操作进行优化。一个对象可以同时被const和volatile修饰，表明这个对象体现常量语义，但同时可能被当前对象所在程序上下文意外的情况修改。