常量正确性和硬件写入

Question

假设我有以下成员函数：

void CFoo::regWrite( int addr, int data )
{
  reg_write( addr, data ); // driver call to e.g. write a firmware register
}

显然，调用这个函数不会修改被调用对象的内部状态。但是，它会改变任何这个Foo实例所代表的状态。

在这种情况下，Foo::regWrite(int addr, int data)应该是一个const函数吗？

- Matt Dunn

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CFoo类是否代表固件？（例如，固件状态是否可以视为对象状态？） - Krumelur

据我所知，一个既不改变其对象又不触及任何状态的方法被称为“纯函数”。从技术上讲，如果表示的对象是 CFoo 类的一部分，则不要将其作为 const 函数。如果它是全局定义的对象，则将其设置为 const 函数。 - Ancurio

假设CFoo有其他操作，那么是否会受到对regWrite的调用的影响？如果是，则它显然是状态的一部分；如果不是，则您应该问自己为什么它是类的一部分，而不是一个简单的自由函数，因为它既不获取也不设置与该对象相关的任何状态。 - PlasmaHH

Answer 1

你需要决定对于类CFoo，“逻辑上的常量”是什么意思，这取决于该类的用途。

如果CFoo被视为“引用某些数据”，那么可能有意义通过const实例来修改该数据，在这种情况下，您的成员函数将是const。例如考虑其他引用某些数据的类型 - 您可以修改char * const或const std::unique_ptr<char>的引用对象。

如果CFoo被视为“拥有某些数据”，则可能有意义禁止通过const实例来修改该数据。例如考虑容器，其中元素在物理上不属于对象的一部分，但在逻辑上它们是“对象状态的一部分”。因此，vector::operator[]具有返回const T&而不是T&的const重载，insert成员函数是非const等。

- Steve Jessop

Answer 2

对于一个类来说，“const”应该意味着什么由程序员定义。使用修饰符“mutable”，甚至可以在成员中拥有一个具有可变值的“const”对象。当涉及到硬件时，人们可能会将配置视为常量正确性的目标：只要配置不改变，对象就可以被视为常量。

- coproc

Answer 3

这个问题有两种看法 - 优化角度和声明逻辑。哪一个更重要，由你决定。

优化

编辑：我做了一些错误的假设。似乎编译器实际上不能自由地进行以下优化，只有通过分析方法的主体以确保没有修改发生（即使在简单情况下也是如此）才会进行这些优化。

拥有这个const将允许编译器进行一些优化。它知道regWrite不会改变对象中的任何字段，因此如果它正在存储它们，则可以保留它们，并进行依赖于对象字段未被更改的类似优化。

当您制作这样的定义时，这真的是编译器所依赖的唯一事情，因此拥有这个const是可以的，并且理论上可以提高性能。

逻辑上讲得通

在一个const方法中进行破坏性的改变感觉不直观。程序员通常的直觉是只要我调用的是const方法，其他const方法的结果就不应该改变。如果你违反了这个不成文的契约，即使编译器没有问题，人们也会感到惊讶。

我不确定这里是否会违反这个契约 - 这将取决于这个类中的其他代码。然而，如果没有其他考虑因素（性能等），对于我来说，const主要是接口上的一个标记，表示“调用此方法不会改变此对象的状态”，对于“状态”的广义定义而言。

然而，这是模糊的领域，你可以自行决定什么是状态改变。如果你认为你的固件对象代表着内部的一个链接，那么写入寄存器并不会改变这个链接的任何内容，因此是const的。如果你认为它代表底层寄存器的状态，那么写入寄存器就是一种状态改变。

- Jakub Wasilewski

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它知道regWrite函数不会更改对象中的任何字段 - 这是误导性的。编译器不能假设只因为成员函数是“const”就不修改任何数据成员。这种优化不符合C++标准。如果该函数可以内联，使得编译器能够看到函数实际执行的操作，则它可能推断出它不会修改任何数据成员。无论它是否能够推断出这一点，都不取决于函数是否为“const”，而是取决于其执行的操作。 - Steve Jessop

已验证。看来你是对的，我错误地假设编译器可以依赖于方法的“常量性”来保持对象不变。这是我的错误，我会进行编辑以更正。 - Jakub Wasilewski

Answer 4

如果您的类中有指向其他对象的指针，那么会出现类似的问题：您的const方法可以调用其他对象上的非const方法，从而修改它。

如果您将硬件视为类引用的某个其他对象，那么修改固件设置就是完全有效的（因为只更改了“引用”对象）。如果您希望您的类“表示”硬件（或其一部分），我建议不要将该方法标记为const。

所以我认为这主要取决于您设计类的方式。

- MartinStettner