3.3 const 与 volatile 限定符

在 C++ 中，有两个类型限定符，const 和 volatile，它们可以被用来对类型做出修饰限定，并成为限定的对象类型的一部分。这两个限定符可以被用于任何类型。

限定符的使用方式如下：

const int a = 5; // a 的类型是 const int
volatile int b = 10; // b 的类型是 volatile int

限定符和类型的顺序没有限制。例如：

int const a = 5; // a 的类型是 const int
int volatile b = 10; // b 的类型是 volatile int

两种限定符可以同时使用，例如：

const volatile int c = 15; // c 的类型是 const volatile int

限定符必须和类型一起使用，不能单独使用。例如：

const d = 20; // 错误，缺少类型

const 限定符

const 限定的类型的对象不能被修改。例如：

const int a = 5;
a = 10; // 错误，a 是 const 类型，不能被修改

但是，只要不修改 const 限定的对象，可以在任何表达式里使用这个对象。例如：

const int a = 5;
int b = (a + 5) * 2; // b 被初始化为 20

前面介绍声明的部分中提到过，int 这样的对象，如果声明时没有提供初始化器，那么这个对象的值是不确定的，但是之后可以修改这个对象的值。而 const int 类型的对象，声明后就无法被修改了。

于是，C++ 规定，const 限定的对象必顺提供初始化器，否则会导致编译错误。例如：

const int b; // 错误，缺少初始化器

通过 auto 从 const 限定的对象中推导类型时，auto 会忽略 const 限定符。例如：

const int c = 5;
auto d = c; // d 的类型是 int，而不是 const int

可以给 auto 额外添加 const 限定符，以推导出有 const 限定的对象。例如：

int e = 5;
const auto f = e; // f 的类型是 const int

常量和变量

因为 const 带来的不能被修改的性质，类型有 const 限定的对象往往被称为常量。相对地，没有被 const 限定的对象往往被称为变量。但技术性地说，const 限定的对象也是变量，只是不能被修改。当看到一个对象声明为 const int a = 1; 时，我们可以说 a 是一个常量，也可以说 a 是一个变量，或者说 a 是一个常变量，这都是正确的，这些说法并不冲突。

在函数参数中使用 const 限定符

在函数参数中使用的 const 限定符会被忽略。例如：

void func(const int a);
void func(int a); // 两个函数是等价的

注意这仅是指最外层的 const 限定符。对于复合类型而言，需要注意观察 const 限定符的位置。在介绍复合类型时，会对此详细讨论。

volatile 限定符

对于 volatile 限定的类型的对象，编译器认为其值可能在任何时候被修改。具体而言，类型有 volatile 限定的对象的读写都被视作有副作用（普通的对象只有写视为副作用），因此当访问 volatile 限定的对象值时，程序总是会从对象的内存位置得到值，而不能简化。

这个限定符通常用于硬件编程场景。典型情况例如：

• 在电路板级别的开发中，经常会将传感器等设备的输出数据映射到内存中——例如某个内存区域是测量的电压值转换来的。此时，数据的值可能会在任何时候被修改。这时，就需要使用 volatile 限定符来声明这些数据。
• 在单片机开发中，常常需要利用处理器提供的硬中断机制来处理外部事件（例如按下按键）。这种中断事件中被修改的对象就需要使用 volatile 限定符。
• 除了上面的处理器提供的硬中断机制以外，操作系统常常也会提供软中断。软中断的处理函数也可能会修改数据，这时需要使用 volatile 限定符。

上面提到的这些情况的应用需要一些目前尚未介绍的知识，这里是为了介绍 volatile 限定符，帮助读者对此有一些基本概念。

volatile 与多线程

在编程漫长的发展中，各种多线程技术涌现又被淘汰，程序员们对 volatile 的理解逐渐产生了一种奇妙的差异。在 x86 架构下，对一些足够小且满足对齐的对象，添加 volatile 就可以令这样的对象得到一定程度上的多线程保证。而在 java 中，volatile 则直接写明了用来保证多线程之间的可见性。由于这两个语境广泛地出现在各种编程交流中，程序员们便逐渐开始将 volatile 与多线程直接联系起来。

实际上，C/C++ 中的 volatile 本身不具有多线程的语义，这要等到我们介绍 C++ 的多线程机制时再详细讨论。在这里，读者只需要记住，使用 volatile 来进行多线程编程是不足够的。