cv（const 与 volatile）类型限定符

可出现于任何类型说明符（包括声明文法的 声明说明符序列）中，以指定被声明对象或被命名类型的常量性（constness）或易变性（volatility）。

• const ——定义类型为常量。
• volatile ——定义类型为易变。

解释

对于除了函数类型或引用类型以外的任何类型 T（包括不完整类型），C++ 类型系统中有另外三个独立的类型：const-限定的 T、volatile-限定的 T 及 const-volatile-限定的 T。

注意：数组类型被当做与其元素类型有相同的 cv 限定。

当对象最初被创建时，所用的 cv 限定符（可以是声明中的 声明说明符序列 或 声明符 的一部分，或者是 new 表达式中的 类型标识 的一部分）决定对象的常量性或易变性，如下所示：

• const 对象——类型为 const-限定的 对象，或 const 对象的非 mutable 子对象。这种对象不能修改：尝试直接这么做是编译时错误，而尝试间接这么做（例如通过到非 const 类型的引用或指针修改 const 对象）导致未定义行为。
• volatile 对象——类型为 volatile-限定的 对象，或 volatile 对象的子对象，或 const volatile 对象的 mutable 子对象。通过 volatile 限定的类型的泛左值表达式的每次访问（读或写操作、成员函数调用等），都被当作对于优化而言是可见的副作用（即在单个执行线程内，volatile 访问不能被优化掉，或者与另一按顺序早于或按顺序晚于该 volatile 访问的可见副作用进行重排序。这使得 volatile 对象适用于与信号处理函数之间的交流，但不适于与另一执行线程交流，参阅 std::memory_order）。试图通过非 volatile 泛左值涉指 volatile 对象（例如，通过到非 volatile 类型的引用或指针）会导致未定义行为。
• const volatile 对象——类型为 const-volatile-限定的 对象，const volatile 对象的非 mutable 子对象，volatile 对象的 const 子对象，或 const 对象的非 mutable volatile 子对象。同时表现为 const 对象与 volatile 对象。

mutable 说明符

• mutable - 容许在即便包含它的对象被声明为 const 时仍可修改声明为 mutable 的类成员。

可出现于非引用非 const 类型的非静态数据成员的声明中：

class X {
  mutable const int* p;         // OK
  mutable int* const q;         // 非良构
};

mutable 用于指定不影响类的外部可观察状态的成员（通常用于互斥体、记忆缓存、惰性求值和访问指令等）。

class ThreadsafeCounter {
  mutable std::mutex m; // “M&M 规则”：mutable 与 mutex 一并出场
  int data = 0;
 public:
  int get() const {
    std::lock_guard<std::mutex> lk(m);
    return data;
  }
  void inc() {
    std::lock_guard<std::mutex> lk(m);
    ++data;
  }
};

转换

存在一种基于限制性的增长顺序的 cv 限定符的偏序。从而可以称类型具有更多或更少的 cv 限定：

• 无限定 < const
• 无限定 < volatile
• 无限定 < const volatile
• const < const volatile
• volatile < const volatile

到 cv 限定类型的引用和指针能被隐式转换到更多 cv 限定的类型的引用和指针。特别是允许下列转换：

• 到非限定类型的引用/指针能被转换成到 const 的引用/指针
• 到非限定类型的引用/指针能被转换成到 volatile 的引用/指针
• 到非限定类型的引用/指针能被转换成到 const volatile 的引用/指针
• 到 const 类型的引用/指针能被转换成到 const volatile 的引用/指针
• 到 volatile 类型的引用/指针能被转换成到 const volatile 的引用/指针

注意：多级指针另有其他限制。

欲将到 cv 限定类型的引用或指针转换为到更少 cv 限定类型的引用或指针，必须使用 const_cast。

关键词

const, volatile, mutable

注解

在未声明为 extern 的非局部非 volatile 非模板 (C++14 èµ·)非 inline (C++17 èµ·)变量声明上使用 const 限定符，会给予该变量内部连接。这有别于 C，其中 const 文件作用域对象拥有外部连接。

C++ 语言文法把 mutable 当做存储类说明符而非类型限定符，但它不影响存储类或连接。

示例

int main()
{
    int n1 = 0;           // 非 const 对象
    const int n2 = 0;     // const 对象
    int const n3 = 0;     // const 对象（同 n2）
    volatile int n4 = 0;  // volatile 对象
    const struct
    {
        int n1;
        mutable int n2;
    } x = {0, 0};      // 带 mutable 成员的 const 对象
 
    n1 = 1; // ok，可修改对象
//  n2 = 2; // 错误：不可修改对象
    n4 = 3; // ok，当做副效应
//  x.n1 = 4; // 错误：const 对象的成员为 const
    x.n2 = 4; // ok，const 对象的 mutable 成员不是 const
 
    const int& r1 = n1; // 绑定到非 const 对象的 const 引用
//  r1 = 2; // 错误：试图通过到 const 的引用修改
    const_cast<int&>(r1) = 2; // ok，修改非 const 对象 n1
 
    const int& r2 = n2; // 绑定到 const 对象的 const 引用
//  r2 = 2; // 错误：试图通过到 const 的引用修改
//  const_cast<int&>(r2) = 2; // 未定义行为：试图修改 const 对象 n2
}

# x86_64 平台上生成的典型机器码
# （只输出贡献可观测副效应的代码）
main:
    movl    $0, -4(%rsp) # volatile int n4 = 0;
    movl    $3, -4(%rsp) # n4 = 3;
    xorl    %eax, %eax   # return 0 （隐式）
    ret

参阅