C++ 中 const 和 mutable 之间的区别

在本文中，我们将讨论 C++ 中 Const 和 Mutable 之间的区别。在 C++ 中，const 和 mutable 是关键字，它们在定义数据修改的条件方面起着重要作用。如果不了解它们的基本操作功能，任何程序员都会编写不清晰、脆弱且效率低下的 C++ 代码。在讨论它们的区别之前，我们必须了解 C++ 中的 Const 和 Mutable 的优缺点。

什么是 Const？

const 关键字是 C++ 最强大的特性之一，它提供了一种强制执行不变性的机制，同时允许开发人员在编码过程中更清晰地表达意图。Const 用于声明变量、函数参数、返回值和成员函数，表示不能更改；也就是说，一旦给变量或参数赋值，就不能更改它。

为什么要使用 const？

在 C++ 中，const 通过不允许修改任何已声明为 const 的内容来维护不变性。一旦将某些内容标记为 const，编译器就会保证永远不会更改它，无论是已知的还是未知的。

const 的优点

C++ 中的 const 有以下几个优点：

1. 增强代码安全性。
   可以阻止对变量、参数或对象的意外修改。此外，如果在代码的某个地方尝试更改 const 变量，编译器将在编译时捕获错误，从而最大限度地减少运行时错误数量。
2. 提高可读性。
   可以清楚地向阅读代码的任何人表明某个值不会改变。因此，它会提示开发人员哪些变量和函数不能更改。
3. 允许优化。
   可以假定 const 变量永远不会改变，因此编译器可以提供内存和性能优化。
4. 它允许防御性编程。
   Const 通过确保如果定义了变量、其成员函数和函数参数、返回值，就不能更改它们，从而保护敏感和关键数据免受修改。

const 的缺点

C++ 中的 const 有以下几个缺点：

1. 降低灵活性。
   一旦将变量或对象声明为 const，就不能进行修改，这限制了需要更改的情况。
2. 关于指针的困惑。
   const 与指针一起使用会引起困惑，尤其是在区分“指向常量数据的指针”、“常量指针”和“指向常量数据的常量指针”时。

什么是 Mutable？

mutable 关键字表示类的某个数据成员即使在对象为 const 时也可以被修改。这是一个独特的功能，它允许我们定义那些不属于对象逻辑状态但仍可在 const 成员函数中修改的成员。

“mutable”的含义

在 C++ 中，mutable 是一个关键字，它允许在对象的对象为 const 时更改类的某个数据成员。通常，这意味着如果 C++ 中的对象被声明为 const，那么它的非静态成员也被假定为 const，不能被更改。但是，如果有一个成员被声明为 mutable，它仍然可以在 const 成员函数中更改。

何时应使用 Mutable？

Mutable 应谨慎使用，因为它可能导致代码混乱和产生不良的副作用。以下是 mutable 适用情况的列表：

• 缓存结果： 如果需要在 const 函数中缓存昂贵计算的结果。
• 惰性初始化： 当我们希望某个内容只初始化一次，并且希望更改某些数据成员而不影响对象的逻辑状态时。
• 非可见状态更改： 当对象内部状态需要为操作目的（如同步）而发生更改，但这些更改不应影响对象的逻辑行为时。

Mutable 的好处

C++ 中的 Mutable 有以下几个好处：

• 逻辑完整性： 它允许在 const 中进行非逻辑操作（如缓存或初始化），同时保持状态。
• 缓存和惰性初始化： Mutables 允许缓存和惰性初始化实现，同时保持 const 正确性。
• 在多线程环境中方便： 它允许互斥锁和其他线程同步对象是 mutable 的，而对象的其余部分在逻辑上保持 const。
• 灵活的代码设计： 它有助于保持类接口清晰，同时允许进行一些内部状态修改以实现高效执行。

Mutable 的缺点

C++ 中的 Mutable 有以下几个缺点：

• 潜在的混淆： 过度使用 mutable 可能导致混淆，因为它允许修改一个表面上不可变的对象的。这可能导致难以理解程序的行为，即使在程序设想过于复杂时也是如此。
• 破坏不变性概念： 当需要 mutable 时，它可能会破坏不变性原则，这最初可能会带来问题。
• 滥用可能导致代码异味： 过度使用 mutable 可能表明设计中存在更深层次的缺陷，并且倾向于鼓励开发人员绕过 const 正确性的自然限制。

C++ 中 Const 和 Mutable 的主要区别

Const 和 Mutable 在 C++ 中有几个主要区别。一些主要区别如下：

结论

总而言之，这两个关键字有不同的作用，const 和 mutable 可用于不同目的。Const 倾向于不变性，它为代码的安全性、逻辑 const 性和清晰度提供了一些保证，而 mutable 则提供了一个例外，允许 const 对象或函数的某些成员可被修改。

因此，使用 const 是有益的，因为它可以帮助编写健壮的代码，并传达哪些函数是不可变的。这还可以防止重要数据被意外修改，从而保持代码的可靠性和清晰性。相比之下，mutable 允许缓存、日志记录或计数器被操作，从而在不违反外部不变性契约的情况下维护内部状态管理。

选择使用哪种形式（const 或 mutable）完全取决于其开发人员遵循的设计原则和已知上下文。过度使用 const 关键字可能会抑制灵活性，而随意使用 mutable 可能会导致意外行为，并使不变性的严格保证变得脆弱，因此需要一种平衡，以便两者都能有效地用于实现高效、可维护且逻辑一致的 C++ 实现。