面试题9： const、static、volatile关键字使用说明

关于const关键字的用法，潜意识下就会想到 修饰变量，一直没有深入挖掘。最近在面试的时候常常会被问到const、static、votaile等关键字的使用与区别。借此机会，重新复习总结关于此关键字的使用。

 

1、首先看一下，const与宏定义之间的比较：

宏作用: 在开发中会把一些常用的变量的值定义成宏；

const作用:
      1.用于修饰右边变量(基本变量,指针变量)
      2.被const修饰变量只读(普通的变量是可读可写的)

const与宏区别:
    1.编译时刻: 宏:预编译 const:编译
    2.编译检查:  宏不会做编译检查 const会
    3.宏好处: 宏可以定义函数和方法 const不行
    4.宏坏处: 大量使用宏,会导致预编译时间过长

// 典型面试题
    int * const p1; // p1:只读  *p1:变量
    const int *p2; // p2:变量 *p2:只读
    int const *p3; // p3:变量 *p3:只读
    int const * const p4; // p4:只读 *p4:只读
    const int * const p5; // p5:只读 *p5:只读

const和static的区别

 

2、关于const的使用

const 可以修饰函数的参数、返回值，甚至函数的定义体。被const 修饰的东西都受到强制保护，可以预防意外的变动，能提高程序的健壮性。所以很多C++程序设计书籍建议：“Use const whenever you need”。

（1）const 修饰函数的参数

如果参数作输出用，不论它是什么数据类型，也不论它采用“指针传递”还是“引用传递”，都不能加const 修饰，否则该参数将失去输出功能。

const 只能修饰输入参数：如果输入参数采用“指针传递”，那么加const 修饰可以防止意外地改动该指针，起到保护作用。

 

void StringCopy(char *strDestination, const char *strSource);

“const &”修饰输入参数总结如下：

对于非内部数据类型的输入参数，应该将“值传递”的方式改为“const 引用传递”，目的是提高效率。例如将void Func(A a) 改为void Func(const A &a)。

 对于内部数据类型的输入参数，不要将“值传递”的方式改为“const 引用传递”。否则既达不到提高效率的目的，又降低了函数的可理解性。例如void Func(int x) 不应该改为void Func(const int &x)。

 

（2）const 修饰函数的返回值

如果给以“指针传递”方式的函数返回值加const 修饰，那么函数返回值（即指针）的内容不能被修改，该返回值只能被赋给加const 修饰的同类型指针。

 

函数返回值采用“引用传递”的场合并不多，这种方式一般只出现在类的赋值函数中，目的是为了实现链式表达。

class A  
{  
   A & operate = (const A &other); // 赋值函数  
};  
A a, b, c; // a, b, c 为A 的对象  
  
a = b = c; // 正常的链式赋值  
(a = b) = c; // 不正常的链式赋值，但合法  

如果将赋值函数的返回值加const 修饰，那么该返回值的内容不允许被改动。上例中，语句 a = b = c 仍然正确，但是语句 (a = b) = c 则是非法的。

 

（3） const 成员函数(const的作用：说明其不会修改数据成员)

任何不会修改数据成员的函数都应该声明为const 类型。如果在编写const 成员函数时，不慎修改了数据成员，或者调用了其它非const 成员函数，编译器将指出错误，这无疑会提高程序的健壮性。

 

关于Const函数的几点规则：

a. const对象只能访问const成员函数,而非const对象可以访问任意的成员函数,包括const成员函数.

b. const对象的成员是不可修改的,然而const对象通过指针维护的对象却是可以修改的.

c. const成员函数不可以修改对象的数据,不管对象是否具有const性质.它在编译时,以是否修改成员数据为依据,进行检查.

e. 然而加上mutable修饰符的数据成员,对于任何情况下通过任何手段都可修改,自然此时的const成员函数是可以修改它的。

 

const 函数只能调用 const 函数，即使某个函数本质上没有修改任何数据，但没有声明为const，也是不能被const函数调用的。

 

每个非static非const成员函数都有一个隐含的this指针，非const型的不能接受const型实参；

如果用const来修饰函数，那么函数一定是类的成员函数。const 类型的成员函数不能返回非const类型的引用。这句话的意思是如果你的成员函数是const类型的，并且要求返回值是类的非cosnt或者非mutable成员变量，返回类型是引用，那么这是错误的。

class Test  
{  
public :  
int & GetValue()const;  
private:  
int value;  
};  
int &Test::GetValue() const  
{  
return value; //value此时具有const属性，与返回值类型int &的非const属性不匹配  
}  

这样的代码在vs2003中提示的错误：error C2440: “return” : 无法从“const int”转换为“int &”。
在const函数中传递this的时候把this变成了const T* const this（个人理解）,所以一个非const的引用指向一个const类型的变量，就会error。
可以这样改：

1.把int value 改成mutable int value. mutable修饰的变量使之在const函数中可以被改变的。
2.return value 改成。 return const_cast(value)。const_cast去掉了const性质。
3.把函数写成const int &Test::GetValue() const ,.这样做的目的是使引用的变量也是const类型的，就相当于const int & b 。
4.把引用去掉，写成返回值类型的。
5.把函数后面的const去掉。
6.返回值不是类的成员变量。

const 修饰函数参数，返回值，函数体

 

3、static使用方法     

static的作用主要有以下3个：

1、扩展生存期；

这一点主要是针对普通局部变量和static局部变量来说的。声明为static的局部变量的生存期不再是当前作用域，而是整个程序的生存期。

2、限制作用域；

对于全局变量而言，不论是普通全局 变量还是static全局变量，其存储区都是静态存储区，因此在内存分配上没有什么区别。

1） 普通的全局变量和函数，其作用域为整个程序或项目，外部文件（其它cpp文件）可以通过extern关键字访问该变量和函数。一般不提倡这种用法，如果要在多个cpp文件间共享数据，应该将数据声明为extern类型。

 在头文件里声明为extern：

extern int g_value;     // 注意，不要初始化值！

然后在其中任何一个包含该头文件的cpp中初始化（一次）就好：

int g_value = 0;     // 初始化一样不要extern修饰，因为extern也是声明性关键字；

然后所有包含该头文件的cpp文件都可以用g_value这个名字访问相同的一个变量；

2） static全局变量和函数，其作用域为当前cpp文件，其它的cpp文件不能访问该变量和函数。如果有两个cpp文件声明了同名的全局静态变量，那么他们实际上是独立的两个变量。
static函数的好处是不同的人编写不同的函数时，不用担心自己定义的函数，是否会与其它文件中的函数同名。

 

3、唯一性；

针对静态数据成员而言, 成员函数不管是否是static, 在内存中只有一个副本, 普通成员函数调用时, 需要传入this指针, static成员函数调用时, 没有this指针. )

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在C/C++中, 局部变量按照存储形式可分为三种auto, static, register：

局部变量的默认类型都是auto，从栈中分配内存。auto的含义是由程序自动控制变量的生存周期，通常指的就是变量在进入其作用域的时候被分配，离开其作用域的时候被释放。

而static变量，不管是局部还是全局，都存放在静态存储区。表面意思就是不auto，变量在程序初始化时被分配，直到程序退出前才被释放；也就是static是按照程序的生命周期来分配释放变量的，而不是变量自己的生命周期. 

关于堆、栈存储区域的区别：

1）   堆是由低地址向高地址扩展，栈是由高地址向低地址扩展。

2）   堆是不连续的空间，栈是连续的空间。

3）   在申请空间后，栈的分配要比堆的快。对于堆，先遍历存放空闲存储地址的链表、修改链表、再进行分配；对于栈，只要剩下的可用空间足够，就可分配到，如果不够，那么就会报告栈溢出。

4）   栈的生命期最短，到函数调用结束时；静态存储区的生命期最长，到程序结束时；堆中的生命期是到被我们手动释放时（如果整个过程中都不手动释放，那就到程序结束时）。

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static数据成员的初始化：

(1) 初始化在类体外进行，而前面不加static，以免与一般静态变量或对象相混淆。

(2) 初始化时不加该成员的访问权限控制符private，public等。

(3) 初始化时使用作用域运算符来标明它所属类，因此，静态数据成员是类的成员，而不是对象的成员。

(4) 静态数据成员是静态存储的，它是静态生存期，必须对它进行初始化。

static成员函数

静态成员函数和静态数据成员一样，它们都属于类的静态成员，它们都不是对象成员。因此，对静态成员的引用不需要用对象名。

静态成员函数仅能访问静态的数据成员，不能访问非静态的数据成员，也不能访问非静态的成员函数，这是由于静态的成员函数没有this指针。

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c/c++ static 用法总结（三版本合一）

C++中Static作用和使用方法

 

4、volatile的使用

volatile 关键字是一种类型修饰符，用它声明的类型变量表示可以被某些编译器未知的因素更改，比如：操作系统、硬件或者其它线程等。遇到这个关键字声明的变量，编译器对访问该变量的代码就不再进行优化，从而可以提供对特殊地址的稳定访问。

声明时语法：int volatile vInt; 

当要求使用 volatile 声明的变量的值的时候，系统总是重新从它所在的内存读取数据，即使它前面的指令刚刚从该处读取过数据。而且读取的数据立刻被保存。

1	volatile int i=10;
2	int a = i;
3	...
4	// 其他代码，并未明确告诉编译器，对 i 进行过操作
5	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。

 

一般说来，volatile用在如下的几个地方： 
1) 中断服务程序中修改的供其它程序检测的变量需要加volatile； 
2) 多任务环境下各任务间共享的标志应该加volatile； 
3) 存储器映射的硬件寄存器通常也要加volatile说明，因为每次对它的读写都可能由不同意义；

 

volatile 指针注意：

(1) 可以把一个非volatile int赋给volatile int，但是不能把非volatile对象赋给一个volatile对象。

(2) 除了基本类型外，对用户定义类型也可以用volatile类型进行修饰。

(3) C++中一个有volatile标识符的类只能访问它接口的子集，一个由类的实现者控制的子集。用户只能用const_cast来获得对类型接口的完全访问。此外，volatile向const一样会从类传递到它的成员。

C/C++中volatile关键字详解

const volatile修饰的变量