【一天一个C++小知识】002.C++中const和volatile关键字

1. const关键字

【1】const限制一个变量不能修改其内容，如果强行修改的话，如下面代码这样子，编译就会报错，“表达式必须是可修改的左值”。

const int a = 6;
a = 10;

【2】如果按如下方式通过指针强行修改，编译可以通过，但是std::cout的话，a的值还是6，但是*p是12，这是因为，编译器对于const类型的变量不会二次读取，只会在最开始的时候从内存中读取一次，之后存储在常量表，之后需要用到就从常量表中取得。

const int a = 6;
int* p = (int*)&a;
*p = 12;

【3】常量指针：指向常量的指针，也就是指针指向的是一个常量，值不可以改变，但是指针本身地址可以改变，可以指向其他地址，下面两种定义方式都对：

const int* p1;
int const* p2;

指针常量：指针地址是个常量，指针本身地址不能改变，但是指针指向的变量的值可以改变，只有一种写法如下：

int a = 2;
int* const p3 = &a;

指针常量是int类型的指针，定义的时候必须初始化地址。

【4】 const用于聚合，表示“不能改变的一块地址”，但是不能再编译期间使用它的值，因为编译器在编译期间不需要知道存储的内容，也就是下面的代码中有两句是非法的：

const int i[]={ 1, 2, 3, 4 };
float f[i[3]];//Illegal
struct S { int i, j;};
const S s[]=d[s[1].j];//Illegal

【5】C语言默认const为外部链接，所以代码const int bufsize=100;char buf[bufsize]是错误的，因为bufsize占用某块内存，而编译器不知道它在编译时的值。C中可以这样写const int bufsize;，但这在C++中是错误的，因为C++默认const为内部链接，必须在定义时初始化。

【6】C++中定义const指定为外部链接有两种方式：1）extern const int x=1;，这样初始化并指定为extern，强迫编译器给x分配内存（事实上编译器这里仍然可能选择常量折叠），初始化使它成为一个定义而非声明。2）extern const int x;，意味着在别处进行了定义（C中这总是一个定义，所以不一定在别处进行了定义），C++中使用extern const却不初始化，那么编译器就不能使用常量折叠而必须分配内存。

【6】const代替宏定义以消除宏的不安全性：

#define A1 100.5
const int A2=100.5;
char P1[A1];//Illegal
char P2[A2];//OK

【7】const必须在建立它的时候被初始化，但是在类中使用一个非static的const时（static const必须在建立时初始化），不能给他初值，初始化必须在构造函数中进行。这两件事情的矛盾可以由构造函数初始化列表解决，如下：

class A{const int a;
public:A(int aa);void print();
};
A::A(int aa):a(aa){}
void A::print(){cont<<aa<<endl;}
int main(){A a(1),b(2);a.print();b.print();
}

2. volatile关键字

这个关键字的作用在于告诉编译器这个变量可变，不要对其进行优化。因为通常来说，编译器会对代码进行优化。比如下面的代码：

volatile int i = 10;
int a = i;
...// 其他代码，并未明确告诉编译器，对 i 进行过操作
int b = i;

volatile 指出 i 是随时可能发生变化的，每次使用它的时候必须从 i的地址中读取，因而编译器生成的汇编代码会重新从i的地址读取数据放在 b 中。而优化做法是，由于编译器发现两次从 i读数据的代码之间的代码没有对 i 进行过操作，它会自动把上次读的数据放在 b 中。而不是重新从 i 里面读。这样以来，如果 i是一个寄存器变量或者表示一个端口数据就容易出错，所以说 volatile 可以保证对特殊地址的稳定访问。但是，在 VC 6 中，一般调试模式没有进行代码优化，所以这个关键字的作用看不出来。如下代码：

int i = 10;
int a = i;
printf("i = %d", a);
// 下面汇编语句的作用就是改变内存中 i 的值但是又不让编译器知道
__asm {mov dword ptr[ebp - 4], 20h
}
int b = i;
printf("i = %d", b);

debug模式输出10和32，但是release模式输入10和10。其可以确保每次使用变量的时候，都从内存中重新读取，而不允许编译器对这个变量的读取操作进行优化。一般在多任务环境下会用到这个关键字。

与const类似，有：

volatile int* p1;//volatile int类型的指针，禁止编译器优化指针指向的变量，但是可以优化指针本身地址
int volatile* p2;//同上，另一种写法int* volatile p3;//int类型的指针，禁止编译器优化指针本身地址，但是可以优化指针指向的变量

多线程环境下有些变量是用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，如下：

volatile  BOOL  bStop = FALSE;
//(1) 在一个线程中：
while (!bStop) { ... }
bStop = FALSE;
return;
//(2) 在另外一个线程中，要终止上面的线程循环：
bStop = TRUE;
while (bStop);
//等待上面的线程终止，如果bStop不使用volatile申明，那么这个循环将是一个死循环，因为bStop已经读取到了寄存器中，
//寄存器中bStop的值永远不会变成FALSE，加上volatile，程序在执行时，每次均从内存中读出bStop的值，就不会死循环了。

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