C语言中类型限定符

通常用类型和存储类别来描述一个变量。

C90还增加了两个属性：恒常性(constancy)、易变性（volatility）；

分别用关键字const和volatile来声明。

这两个关键字创建的类型是限定类型（qualified type）。

C99标准新增了第3个限定符：restrict，用于提高编译器优化。

C11标准新增了第4个限定符：_Atomic

C11标准提供了一个可选库，由stdatomic.h管理，以支持并发程序设计，而且_Atomic是可选支持项。

C99为类型限定符增加了一个新属性：它们现在是幂等的（idempotent）。可以在一条声明中多次使用同一个限定符，多余的限定符将被忽略。

12.5.1 const类型限定符

以const声明的对象，其值不能通过赋值或递增、递减来修改。

可以初始化const变量，const声明让该变量成为只读变量。初始化后不能改变它的值。

const的使用：（指针和形参中）

声明普通变量和数组时使用const关键字很简单。

指针复杂一些，因为要区分限定指针本身为const还是限定指针指向的值为const。

const float * pf;   //pf 指向一个float类型的const值。

float * const pt;   // pt  是一个const指针。创建的指针pt本身的值不能更改。pt必须指向同一个地址,但是它指向的值可以改变。

const float *const ptr;  //表明ptr既不能指向别处，它指向的值也不能改变；

float const * pfc  // 把const放在类型名之后， *之前，说明该指针不能用于改变它所指向的值。简而言之，const放在*左侧任意位置，限定了指针指向的数据不能改变；const放在*的右侧，限定了指针本身不能改变。

const关键字常见的用法：声明为函数形参的指针。

例如：display()显示一个数组的内容，要把数组名作为实际参数传递给该函数，但是数组名是一个地址。该函数可能会更改主调函数中的数组，但是下列的原型保证了数据不会被更改：

void display(const tint array[], int limit);

cons tint array[] 与 cons tint * array相同，所以该声明表明不能更改array指向的数据。

总结：如果一个指针仅用于给函数访问值，应将其声明为一个指向const限定类型的指针。如果要用指针更改主调函数中的数据，就不使用const关键字。

使用全局变量是一种冒险的方法，因为这样做暴露了数据，程序的任何部分都能更改数据。把数据设置为const，就可以避免这样的危险。用const限定符声明全局变量很合理。可以创建const变量，const数组和const结构。（结构是一种复合数据类型）

方案一：遵循外部变量的常用规则，即在一个文件中使用定义式声明，在其他文件中使用引用式声明（extern关键字）。

方案二：把const变量放在一个头文件中，然后在其他文件中包含该头文件。

使用方案二必须在头文件中用关键字static声明全局变量。如果去掉static，那么在两个文件中同时包含constant.h将导致每个文件中都有一个相同标识符的定义式声明。C标准不允许这样做。

头文件方案的好处是：方便偷懒，不用惦记着在一个文件中使用定义式声明。在其他文件中使用引用式声明。缺点就是：数据是重复的，如果const数据包含庞大的数组，就不能视而不见了。

12.5.2 volatile类型限定符

volatile限定符告知计算机，代理（而不是变量所在的程序）可以改变该变量的值。通常，它被用于硬件地址及在其他程序或同时运行的线程中共享数据。

volatile涉及到编译器的优化，例如：

val1 = x;

val2 =x;

智能的（优化的）编译器会注意到以上代码使用了两次x。但并未改变它的值。于是编译器把x的值临时储存在寄存器中，然后在val2需要使用x时，才从寄存器中读取x的值，以节约时间。这个过程被称为高速缓存（caching）。高速缓存是不错的优化方案，但是如果一些其他代理在以上两条语句之间改变了x的值，就不能这样优化了。如果没有volatile关键字，编译器就不会知道这种事情是否发生。因此，为安全起见，编译器不会进行高速缓存。如果声明中没有volatile关键字，编译器会假定变量的值在使用过程中不变，然后再尝试优化代码。

同时使用const和volatile限定一个值，例如：通常const把硬件时钟设置为程序不能更改的变量，但是可以通过代理改变，这时用voltatile。声明中同时使用两个限定符，它们的顺序不重要。

12.5.3 restric 类型限定符

restrict允许编译器优化某部分代码以更好地支持计算。它只能用于指针，表明该指针是访问数据对象的唯一且初始的方式。

以下代码举例：

int ar[10];

int * restrict restar = (int *) malloc(10*sizeof(int));

int * par =ar;

说明：restar是访问由malloc所分配内存的唯一且初始的方式。可以用restrict关键字限定它。而指针par既不是访问ar数组中数据的初始方式，也不是唯一方式。所以不用把它设置为restrict。

如果未使用，restrict关键字，编译器就必须假设最坏的情况（即，在两次使用指针之间，其他的标识符可能已经改变了数据）。如果使用了restrict关键字，编译器就可以选择捷径优化计算。

restrict限定符还可用于函数形参中的指针。意味着编译器可以假定函数体内其他标识符不会修改该指针指向的数据。而且编译器可以尝试对其优化，使其不做别的用途。

restrict关键字有两个读者：1、编译器，该关键字告知编译器可以自由假定一些优化方案。2、关键字告知用户要使用满足restrict要求的参数。总而言之，编译器不会检查用户是否遵循这一限制，但是无视它后果自负。

12.5.4 _Atomic 类型限定符C11

并发程序设计把程序执行分成可以同时执行的多个线程。这给程序设计带来了新的挑战，包括如何管理访问相同数据的不同线程。

stdatomic.h和threads.h提供了一些可选的管理方法。

要通过各种宏函数来访问原子类型。当一个线程对一个原子类型的对象执行原子操作时，其他线程不能访问该对象。

Int hogs;  //普通声明

Hogs =12;  //普通赋值

可以替换成：

_Atomic int hogs;        //hogs是一个原子类型的变量

atomic_store(&hogs,12);  //stdatomic.h中的宏

hog储存12是一个原子过程，其他线程不能访问hogs。

编写这样代码的前提是，编译器要支持这一新特性。

12.5.5 旧关键字的新位置

C99允许把类型限定符和存储类别说明符static放在函数原型和函数头的形式参数的初始方括号中。

void ofmouth(int * const a1, int * restrict a2, int n);

新的等价语法如下：

void ofmouh(int a1[const], int a2[restrict], int n);