const成员函数的语义是什么？

Question

我知道函数不允许改变对象的状态，但我记得在某个地方读到过，如果函数使用相同的参数调用，则编译器可以假定它将返回相同的值，因此如果可用，它可以重用缓存的值。例如：

class object
{
    int get_value(int n) const
    {
        ...
    }

...


object x;

int a = x.get_value(1);
    ...
int b = x.get_value(1);

如果是这样，编译器可能会将第二次调用优化掉，并且要么使用寄存器中的值，要么简单地执行b=a;

这是真的吗？

- Ferruccio

Answer 1

const 关注的是程序语义而不是实现细节。当成员函数不改变对象的可见状态时，应将其标记为 const，并且可以在一个被标记为 const 的对象上调用这个函数。在类 X 的一个 const 成员函数中，this 的类型是 X const *：指向常量的 X 对象的指针。因此，在该成员函数中，所有成员变量都是实际上是 const 的（除了那些 mutable 的变量）。如果你有一个 const 对象，你只能在它上面调用 const 成员函数。

你可以使用 mutable 来表示一个成员变量即使在 const 成员函数内部也可能会改变。这通常用于识别用于缓存结果的变量，或者对实际的可观察状态没有影响的变量，如互斥体（你仍然需要在 const 成员函数中锁定互斥体）或使用计数器的情况。

class X
{
    int data;
    mutable boost::mutex m;
public:
    void set_data(int i)
    {
        boost::lock_guard<boost::mutex> lk(m);
        data=i;
    }
    int get_data() const // we want to be able to get the data on a const object
    {
        boost::lock_guard<boost::mutex> lk(m); // this requires m to be non-const
        return data;
    }
};

如果您使用指针而不是直接引用数据（包括智能指针，比如std::auto_ptr或boost::shared_ptr），则指针在const成员函数中变为const，但所指向的数据并不是const，因此您可以修改指向的数据。

至于缓存：通常情况下编译器无法进行缓存，因为状态可能会在调用之间发生改变（特别是在具有互斥锁的多线程示例中）。但是，如果定义是内联的，则编译器可以将代码提取到调用函数中，并优化可以在那里看到的内容。这可能导致该函数“实际上”只被调用一次。

下一个C++标准（C++0x）将有一个新关键字constexpr。标记为constexpr的函数返回常量值，因此结果可以被缓存。对于这样的函数，有一些限制（以便编译器可以验证这个事实）。

- Anthony Williams

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您让我一天都很开心，先生。我不知道我所需要的就是“mutable”（可变的）。非常感谢你。 - lucastamoios

Answer 2

编号。

常量方法是一种不会改变对象状态（即其字段）的方法，但您不能假设给定相同输入，常量方法的返回值已确定。换句话说，const关键字并不意味着该函数是一对一的。例如，返回当前时间的方法是一个常量方法，但它的返回值在调用之间会发生变化。

- blackwing

Answer 3

关键字mutable用于成员变量，允许const函数改变当前对象的状态。不会缓存数据（至少并非所有调用），因为以下代码是有效的const函数，并且会随着时间而改变：

int something() const { return m_pSomeObject->NextValue(); }

请注意，指针可以是const，尽管指向的对象不是const，因此对SomeObject上的NextValue调用可能会或可能不会改变其自身的内部状态。这导致函数something每次被调用时返回不同的值。

但是，我无法回答编译器如何处理const方法的问题。我听说它可以优化某些东西，但我必须查一下才能确定。

- Statement

Answer 4

在成员函数上使用const关键字会将this参数标记为常量。该函数仍然可以修改全局数据（因此不能被缓存），但无法修改对象数据（允许对常量对象进行调用）。

- Corey Ross

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实际上，如果您有一个标记为mutable的成员，则const函数仍然可以修改它。这主要用于缓存最后的结果。 :-) - 0124816

Answer 5

在这种情况下，const成员函数意味着this也被视为const指针。实际上，这意味着您不允许在const成员函数中修改this的状态。

对于无副作用的函数（即您想要实现的内容），GCC有一个名为pure的“函数属性”（您可以通过__attribute__((pure))来使用它）：http://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Function-Attributes.html

- Chris Jester-Young

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我并不试图实现无副作用的函数。我只是想要理解将一个函数声明为const所带来的所有影响。 - Ferruccio

Answer 6

常量方法也允许修改静态局部变量。例如，以下代码是完全合法的（对 bar() 的重复调用将返回递增的值 - 而不是缓存的 0）：

class Foo
{
public:
    int bar() const
    {
        static int x = 0;
        return x++;
    }
};

- nobody

Answer 7

我有疑问，该函数仍然可以调用改变世界状态的全局函数而不违反const。

- 1800 INFORMATION

Answer 8

除了成员函数可以修改全局数据之外，它还可以修改显式声明的可变成员对象。

- KTC

Answer 9

Corey是正确的，但请记住，任何标记为mutable的成员变量都可以在const成员函数中进行修改。

这也意味着这些函数可以从其他const函数或通过其他const引用调用。

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编辑：天啊，被领先了9秒.... 9！！！:)

- OJ

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西部最快枪手，是吗？ :-P - C. K. Young

嘿，我的回复比你的早了9秒以上。:P - KTC