C++中的mutable和volatile
轉載請註明文章出處：ofollow,noindex" target="_blank">https://tlanyan.me/mutable-and-volatile-in-cpp
C++中修飾資料可變的關鍵字有三個：const
、volatile
和mutable
。const
比較好理解，表示其修飾的內容不可改變（至少編譯期不可改變），而volatile
和mutable
恰好相反，指示資料總是可變的。mutable
和volatile
均可以和const
搭配使用，但兩者在使用上有比較大差別。
mutable
mutable
只能作用在類成員
上，指示其資料總是可變的。不能和const
同時修飾
一個成員，但能配合使用
：const
修飾的方法中，mutable
修飾的成員資料可以發生改變，除此之外不應該對類/物件帶來副作用。
考慮一個mutable
的使用場景：呼叫系統中存有司機(Driver
)的資訊，為了保護司機的隱私，司機對外展現的聯絡號碼每隔五分鐘從空閒號碼池更新一次。根據需求，Driver
類的實現如下虛擬碼：
class Driver {
private:
...
// real phone number
string phone;
// display phone number
mutable string displayPhone;
public:
string getDisplayPhone() const {
if (needUpdate()) {
lock.lock();
if (needUpdate()) {
updateDisplayPhone(); // displayPhone在這裡被改變
}
lock.unlock();
}
return displayPhone;
}
};
在上述程式碼中，const
方法中不允許對常規成員進行變動，但mutable
成員不受此限制。對Driver
類來說，其固有屬性（姓名、年齡、真實手機號等）未發生改變，符合const
修飾。mutable
讓一些隨時可變的展示屬效能發生改變，達到了靈活程式設計的目的。
volatile
volatile
用於修飾成員或變數，指示其修飾物件可能隨時變化，編譯器不要對所修飾變數進行優化（快取），每次取值應該直接讀取記憶體。由於volatile
的變化來自執行期，其可以與const
一起使用。兩者一起使用可能讓人費解，如果考慮場景就容易許多：CPU和GPU通過對映公用記憶體中的同一塊，GPU可能隨時往共享記憶體中寫資料。對CPU上的程式來說，const
修飾變數一直是右值，所以編譯通過。但其變數記憶體中的值在執行期間可能隨時在改變，volatile
修飾是正確做法。
在多執行緒環境下，volatile
可用作記憶體同步手段。例如多執行緒爆破密碼：
volatile bool found = false;
void run(string target) {
while (!found) {
// 計算字典口令的雜湊
if (target == hash) {
found = true;
break;
}
}
}
在volatile
的修飾下，每次迴圈都會檢查記憶體中的值，達到同步的效果。
需要注意的是，volatile
的值可能隨時會變，期間會導致非預期的結果。例如下面的例子求平方和：
double square(volatile double a, volatile double b) {
return (a + b) * (a + b);
}
a
和b
都是隨時可變的，所以上述程式碼中的第一個a + b
可能和第二個不同，導致出現非預期的結果。這種情況下，正確做法是將值賦予常規變數，然後再相乘：
double square(volatile double a, volatile double b) {
double c = a + b;
return c * c;
}
總結
-
mutable只能用與類變數，不能與const同時使用；在const修飾的方法中，mutable變數數值可以發生改變； -
volatile只是執行期變數的值隨時可能改變，這種改變即可能來自其他執行緒，也可能來自外部系統。