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c++ 理解 volatile ,mutable , const 及 const mutable

編輯:C++入門知識

mutalbe的中文意思是“可變的,易變的”,跟constant(既C++中的const)是反義詞。
在C++中,mutable也是為了突破const的限制而設置的。被mutable修飾的變量,將永遠處於可變的狀態,即使在一個const函數中。

  我們知道,如果類的成員函數不會改變對象的狀態,那麼這個成員函數一般會聲明成const的。但是,有些時候,我們需要在const的函數裡面修改一些跟類狀態無關的數據成員,那麼這個數據成員就應該被mutalbe來修飾。

  下面是一個小例子:

class ClxTest
{
 public:
  void Output() const;
};

void ClxTest::Output() const
{
 cout << "Output for test!" << endl;
}

void OutputTest(const ClxTest& lx)
{
 lx.Output();
}

  類ClxTest的成員函數Output是用來輸出的,不會修改類的狀態,所以被聲明為const的。

  函數OutputTest也是用來輸出的,裡面調用了對象lx的Output輸出方法,為了防止在函數中調用其他成員函數修改任何成員變量,所以參數也被const修飾。

  如果現在,我們要增添一個功能:計算每個對象的輸出次數。如果用來計數的變量是普通的變量的話,那麼在const成員函數Output裡面是 不能修改該變量的值的;而該變量跟對象的狀態無關,所以應該為了修改該變量而去掉Output的const屬性。這個時候,就該我們的mutable出場 了——只要用mutalbe來修飾這個變量,所有問題就迎刃而解了。

  下面是修改過的代碼:

class ClxTest
{
 public:
  sClxTet();
  ~ClxTest();

  void Output() const;
  int GetOutputTimes() const;

 private:
  mutable int m_iTimes;
};

ClxTest::ClxTest()
{
 m_iTimes = 0;
}

ClxTest::~ClxTest()
{}

void ClxTest::Output() const
{
 cout << "Output for test!" << endl;
 m_iTimes++;
}

int ClxTest::GetOutputTimes() const
{
 return m_iTimes;
}

void OutputTest(const ClxTest& lx)
{
 cout << lx.GetOutputTimes() << endl;
 lx.Output();
 cout << lx.GetOutputTimes() << endl;
}

  計數器m_iTimes被mutable修飾,那麼它就可以突破const的限制,在被const修飾的函數裡面也能被修改。

-----------------------

volatile是c/c++中一個鮮為人知的關鍵字,該關鍵字告訴編譯器不要持有變量的臨時拷貝,它可以適用於基礎類型
 
如:int,char,long......也適用於C的結構和C++的類。當對結構或者類對象使用volatile修飾的時候,結構或者類的所有 成員都會被視為volatile.使用volatile並不會否定對CRITICAL_SECTION,Mutex,Event等同步對象的需要
 
例如:
 

int i;
i = i + 3;
無論如何,總是會有一小段時間,i會被放在一個寄存器中,因為算術運算只能在寄存器中進行。一般來說,volatitle關鍵字適用於行與行之間,而不是放在行內。
 
我們先來實現一個簡單的函數,來觀察一下由編譯器產生出來的匯編代碼中的不足之處,並觀察volatile關鍵字如何修正這個不足之處。在這個函數體內存在一個busy loop(所謂busy loop也叫做busy waits,是一種高度浪費CPU時間的循環方法)
 

void getKey(char* pch)
{
 while (*pch == 0);
}
當你在VC開發環境中將最優化選項都關閉之後,編譯這個程序,將獲得以下結果(匯編代碼)
 

 ;       while (*pch == 0)
 $L27
 ; Load the address stored in pch
 mov eax, DWORD PTR _pch$[ebp]
 ; Load the character into the EAX register
 movsx eax, BYTE PTR [eax]
 ; Compare the value to zero
 test eax, eax
 ; If not zero, exit loop
 jne $L28
 ;
 jmp $L27
 $L28
 ;}
這段沒有優化的代碼不斷的載入適當的地址,載入地址中的內容,測試結果。效率相當的低,但是結果非常准確現在我們再來看看將編譯器的所有最優化選項開關都打開以後,重新編譯程序,生成的匯編代碼,和上面的代碼
 
比較一下有什麼不同
 

 ;{
 ; Load the address stored in pch
 mov eax, DWORD PTR _pch$[esp-4]
 ; Load the character into the AL register
 movsx al, BYTE PTR [eax]
 ; while (*pch == 0)
 ; Compare the value in the AL register to zero
 test al, al
 ; If still zero, try again
 je SHORT $L84
 ;
 ;}
從代碼的長度就可以看出來,比沒有優化的情況要短的多。需要注意的是編譯器把MOV指令放到了循環之外。這在單線程中是一個非常好的優化,但是,在 多線程應用程序中,如果另一個線程改變了變量的值,則循環永遠不會結束。被測試的值永遠被放在寄存器中,所以該段代碼在多線程的情況下,存在一個巨大的 BUG。解決方法是重新
 
寫一次getKey函數,並把參數pch聲明為volatile,代碼如下:
 

void getKey(volatile char* pch)
{
 while (*pch == 0) ;
}
這次的修改對於非最優化的版本沒有任何影響,下面請看最優化後的結果:
 

 ;{
  ; Load the address stored in pch
  mov eax, DWORD PTR _pch$[esp-4]
 ;       while (*pch == 0)
 $L84:
 ; Directly compare the value to zero
  cmp BYTE PTR [eax], 0
  ; If still zero, try again
  je SHORT $L84
 ;
;}
這次的修改結果比較完美,地址不會改變,所以地址聲明被移動到循環之外。地址內容是volatile,所以每次循環之中它不斷的被重新檢查。把一個 const volatile變量作為參數傳遞給函數是合法的。如此的聲明意味著函數不能改變變量的值,但是變量的值卻可以被另一個線程在任何時間改變掉。
 

靜態成員函數
靜態成員函數沒有什麼太多好講的。

1.靜態成員函數的地址可用普通函數指針儲存,而普通成員函數地址需要用 類成員函數指針來儲存。舉例如下:
class base{
static int func1();
int func2();
};

int (*pf1)()=&base::func1;//普通的函數指針
int (base::*pf2)()=&base::func2;//成員函數指針


2.靜態成員函數不可以調用類的非靜態成員。因為靜態成員函數不含this指針。

3.靜態成員函數不可以同時聲明為 virtual、const、volatile函數。舉例如下:
class base{ www.2cto.com
virtual static void func1();//錯誤
static void func2() const;//錯誤
static void func3() volatile;//錯誤
};


最後要說的一點是,靜態成員是可以獨立訪問的,也就是說,無須創建任何對象實例就可以訪問。

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