C和C++里的const常量、volatile修饰符的深层次说明
目录
一、写在前面
二、分析C和C++中const常量被修改后值的状态
2.1 C中const常量被修改后值的状态
2.2 C++中const常量被修改后值的状态
2.3 C和C++中const常量被修改后值的状态分析结论
三、添加volatile修饰后，分析C和C++中const常量被修改后值的状态
3.1 添加volatile修饰后，C中const常量被修改后值的状态
3.2 添加volatile修饰后，C++中const常量被修改后值的状态
3.3 添加volatile修饰后，C和C++中const常量被修改后值的状态分析结论
四、针对const常量在C和C++里分析volatile修饰前后值被修改的状态的结论
4.1 C中
4.2 C++中
五、原因
5.1 C中对const没有优化，C++存在const优化
5.2 局部const常量和全局const常量
5.3 借用评论区的说法
5.4 volatile优化
一、写在前面
1. 由于涉及到编译器层面，所以不同编译器结果可能不一样。本文使用的VS编译器。
2. 针对const修饰的整型常量：
const int local = 10;3. 常量本质上也是一个变量，是变量就会有地址；
因为直接修改const常量是不允许的(编译就会报错)，所以只能通过指针修改其地址上的值来试验。如下:
这里注意下，用vs复制一个文件到另一个文件运行(比如这里程序都是一样的，一个在c运行，一个在cpp运行，复制过去不清理解决方案，运行的其实还是上一个程序)，但是编译器选择不同时，需要重新生成解决方案，不然运行的还是上一次的程序。
4.分析的问题及结论
| const变量被修改后，常量本身值的修改情况 | const变量被修改后，常量对应的内存空间中的值的修改情况 | |
|---|---|---|
| C环境下 | 会被修改 | 会被修改 |
| C++环境下 | 不会被修改 | 会被修改 |
| const变量被修改后，常量本身值的修改情况 | const变量被修改后，常量对应的内存空间中的值的修改情况 | |
|---|---|---|
| C环境下 | 会被修改 | 会被修改 |
| C++环境下 | 会被修改 | 会被修改 |
5.整体代码
c部分：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>int main(void)
{const int local = 10;printf("修改前:\n");printf("修改前local本身的值 : %d \n", local);printf("修改前local的地址: %x \n", &local);int *ptr = (int*)&local;*ptr = 100;printf("修改后:\n");printf("修改后local本身的值: %d \n", local);printf("修改后local对应的内存空间中的值:: %d \n", *ptr);printf("修改后local的地址: %x \n", &local);printf("\n\n");printf("测试添加volatile修饰符:\n");/****** 添加volatile避免编译器的优化 ********/const volatile int local2 = 10;printf("修改前:\n");printf("修改前local2本身的值 : %d \n", local2);printf("修改前local的地址: %x \n", &local2);int *ptr2 = (int*)&local2;*ptr2 = 100;printf("修改后:\n");printf("修改后local2本身的值: %d \n", local2);printf("修改后local2对应的内存空间中的值:: %d \n", *ptr2);printf("修改后local2的地址: %x \n", &local2);return 0;
}输出结果：
C++部分
#include <iostream>
#include<stdio.h>
using namespace std;int main(){const int local = 10;printf("修改前:\n");printf("修改前local本身的值 : %d \n", local);printf("修改前local的地址: %x \n", &local);int *ptr = (int*)&local;*ptr = 100;printf("修改后:\n");printf("修改后local本身的值: %d \n", local);printf("修改后local对应的内存空间中的值:: %d \n", *ptr);printf("修改后local的地址: %x \n", &local);printf("\n\n");printf("测试添加volatile修饰符:\n");/****** 添加volatile避免编译器的优化 ********/const volatile int local2 = 10;printf("修改前:\n");printf("修改前local2本身的值 : %d \n", local2);printf("修改前local的地址: %x \n", &local2);int *ptr2 = (int*)&local2;*ptr2 = 100;printf("修改后:\n");printf("修改后local2本身的值: %d \n", local2);printf("修改后local2对应的内存空间中的值:: %d \n", *ptr2);printf("修改后local2的地址: %x \n", &local2);return 0;
}
输出结果：
二、分析C和C++中const常量被修改后值的状态
这里讨论的值指常量本身的值(local)和常量对应的内存空间上的值(*ptr)。
2.1 C中const常量被修改后值的状态
代码如下：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>int main(void)
{const int local = 10;printf("修改前:\n");printf("修改前local本身的值 : %d \n", local);printf("修改前local的地址: %x \n", &local);int *ptr = (int*)&local;*ptr = 100;printf("修改后:\n");printf("修改后local本身的值: %d \n", local);printf("修改后local对应的内存空间中的值:: %d \n", *ptr);printf("修改后local的地址: %x \n", &local);return 0;
}运行结果如下：
注意输出中选中区。
结论：通过指针的方式修改常量对应的内存空间中的值，常量本身的值(local)会被修改，常量对应的内存空间中的值(*ptr)也会被修改；
2.2 C++中const常量被修改后值的状态
代码如下：
#include <iostream>
#include<stdio.h>
using namespace std;
/***为了节省时间 输出之间用的printf没用cout****/int main(){const int local = 10;printf("修改前:\n");printf("修改前local本身的值 : %d \n", local);printf("修改前local的地址: %x \n", &local);int *ptr = (int*)&local;*ptr = 100;printf("修改后:\n");printf("修改后local本身的值: %d \n", local);printf("修改后local对应的内存空间中的值:: %d \n", *ptr);printf("修改后local的地址: %x \n", &local);return 0;
}
运行结果如下：
注意输出中选中区。
结论：通过指针的方式修改常量对应的内存空间中的值，常量本身的值(local)不会被修改，常量对应的内存空间中的值(*ptr)会被修改；
2.3 C和C++中const常量被修改后值的状态分析结论
所以，局部const常量的值在C++和C里面是否能修改的结果是不一样的。在C里面常量本身的值和内存空间对应的值都会变，C++里常量本身发值不会变，但是对应的内存空间的值会变。原因在后面会说。
这里说的是局部，全局const是什么会在后面说。
三、添加volatile修饰后，分析C和C++中const常量被修改后值的状态
这里讨论的值指常量本身的值(local)和常量对应的内存空间上的值(*ptr)。
3.1 添加volatile修饰后，C中const常量被修改后值的状态
代码如下：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>int main(void)
{const int local = 10;printf("测试添加volatile修饰符:\n");/****** 添加volatile避免编译器的优化 ********/const volatile int local2 = 10;printf("修改前:\n");printf("修改前local2本身的值 : %d \n", local2);printf("修改前local的地址: %x \n", &local2);int *ptr2 = (int*)&local2;*ptr2 = 100;printf("修改后:\n");printf("修改后local2本身的值: %d \n", local2);printf("修改后local2对应的内存空间中的值:: %d \n", *ptr2);printf("修改后local2的地址: %x \n", &local2);return 0;
}运行结果如下：
注意输出中选中区。
结论：添加volatile修饰后，通过指针的方式修改常量对应的内存空间中的值，常量本身的值(local)会被修改，常量对应的内存空间中的值(*ptr)也会被修改；也就是说volatile修饰符在这里看不出是否跳过优化。
3.2 添加volatile修饰后，C++中const常量被修改后值的状态
代码如下：
#include <iostream>
#include<stdio.h>
using namespace std;
/***为了节省时间 输出之间用的printf没用cout****/int main(){const int local = 10;printf("测试添加volatile修饰符:\n");/****** 添加volatile避免编译器的优化 ********/const volatile int local2 = 10;printf("修改前:\n");printf("修改前local2本身的值 : %d \n", local2);printf("修改前local的地址: %x \n", &local2);int *ptr2 = (int*)&local2;*ptr2 = 100;printf("修改后:\n");printf("修改后local2本身的值: %d \n", local2);printf("修改后local2对应的内存空间中的值:: %d \n", *ptr2);printf("修改后local2的地址: %x \n", &local2);return 0;
}
运行结果如下：
注意输出中选中区。
结论：添加volatile修饰后，通过指针的方式修改常量对应的内存空间中的值，常量本身的值(local)会被修改，常量对应的内存空间中的值(*ptr)也会被修改；也就是说volatile修饰符在这里成功避免编译器优化。
3.3 添加volatile修饰后，C和C++中const常量被修改后值的状态分析结论
因为在C里面，const常量的值都能被修改，所以volatile无法提现；在C++里volatile成功避免了优化。
四、针对const常量在C和C++里分析volatile修饰前后值被修改的状态的结论
4.1 C中
无论是否进行volatile修饰，常量对应内存空间中的值(*ptr)都会被修改；
无论是否进行volatile修饰，常量本身的值(local)都会被修改。
4.2 C++中
无论是否进行volatile修饰，常量对应内存空间的值(*ptr)都会被修改；
如果不采用volatile修饰const常量，常量本身的值(local)不会被修改，volatile修饰后常量本身的值(local)会被修改。
五、原因
5.1 C中对const没有优化，C++存在const优化
c++中用const定义了一个常量后，不会分配一个空间给它，而是将其写入符号表(symbol table)，这使得它成为一个编译期间的常量，没有了存储与读内存的操作，使得它的效率也很高。
通过指针的方式修改常量对应的内存空间中的值时，这种修改不会影响到常量本身的值，因为用到该常量(local)的时候，编译器根本不会去进行内存空间的读取。这就是c++的常量折叠（constant folding）,即将const常量放在符号表中，而并不给其分配内存，编译器直接进行替换优化。除非需要用到local的存储空间的时候，编译器迫不得已才会分配一个空间给local，但之后local的值仍旧从符号表中读取，不管local的存储空间中的值如何变化，都不会对常量local产生影响(即常量放在符号表，无论是否对其进行操作，常量本身的使用都是从符号表中去取。所以就算从内存空间对其进行了修改，内存空间的值变化了，但是常量的值还是从符号表中拿，值还是没变)。
示例：
int main(){const int local = 2;int* ptr = (int*)(&local);*ptr = 30;cout<<&local<<endl; cout<<ptr <<endl; cout<<local<<endl;cout<<*ptr <<endl;
}输出：
0x28ff08
0x28ff08
2
30在C中却不是这样，C没有constant folding的概念，用const定义一个常量的时候，编译器会直接开辟一个内存空间存放该常量，不会进行优化，所以从内存空间对其进行了修改，内存空间的值变化了，常量本身的值也就变化了(跟变量一样，只不过常量不能直接用常量名二次赋值或初始化)。
示例：
int main()
{const int local = 2;int* ptr = (int*)(&local);*ptr = 30;printf("%x\n",&local);printf("%x\n",ptr);printf("%d\n",local);printf("%d\n",*ptr);return 0;
}输出：
28ff18
28ff18
30
305.2 局部const常量和全局const常量
1. 针对定义在函数内部(包括main函数)的const常量，不管是c还是c++，本质上都只是将其当成一个普通的局部变量来对待，都只是在栈上分配空间。所以const根本就不能起到阻止修改其内存空间的作用，一个合法的强制类型转换就可以轻松搞定。C++比C好的地方就在于使用了constant folding的机制，使得常量的值跟对应的内存空间无关，从而保护了该常量值。
2. 对于全局const常量(定义在main之外)，在c和c++中如果我们仍然用int *ptr = (int*)(&local)；这种方法来修改它内存中的值，编译时不会报错(这里看编译器，gcc不报错，vs编译时就会报错)，但是运行时会报段错误，因为local是放在只读的全局数据区中，修改该区中的数据会引发段错误，也就是不能进行修改。
3. 总结来说，全局const常量放在常量只读区，C和C++里都没法修改；局部const常量放在栈上，能够通过操作内存的方式(int *ptr = (int*)(&local))修改其内存空间中的值。
注意这里局部const常量被修改的是常量对应内存空间的值，常量本身的值是否改变取决于是C还是C++，C++里有优化，常量本身的值不会变，而C没有优化，所以常量本身的值会被修改。
5.3 借用评论区的说法
在C中，const修饰的变量，是指不可修改的变量（旨在提示程序员）。如何使这个变量不可修改呢？在编译期间对这个变量进行检查，如果有语句试图修改这个变量，就报编译错误，使编译不通过。虽然如此，但仍然可以通过指针间接修改const变量的值（绕过编译器检查）来证明这是一个变量。作为函数参数，是限定函数只对该参数（这里的参数是引用类型，引用使用址传递效率高）进行读，而不允许写（避免误操作，因为修改参数引用会直接改变原数据）。
在C++中，常量就真的是常量了。
这也就是为什么我们说c里面常量只是只读，并不是真正的常量的原因。
5.4 volatile优化
volatile 确实能避免编译器优化。
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