Mdr-C-Tutorial

主题

const 与 volatile ​

const 与 volatile 是 C 的类型限定符 (Type qualifier)。它们修饰的是类型，并通过类型影响对对象的访问规则。

1. const：不可修改 ​

1.1 核心语义 ​

当一个对象的类型是 const 限定类型时，任何试图修改该对象的行为都会导致未定义行为 (Undefined Behavior, UB)。

c
const int n = 1;
int* p = (int*)&n;
*p = 2; /* UB */

1.2 const 在指针声明中的位置 ​

这是 C 初学者最容易混淆的部分之一：const 永远修饰它“左边最近的类型构造”（若左边没有，就修饰右边）。

c
int x = 0;

const int* p1 = &x;      /* 指向 const int 的指针：不能通过 *p1 修改 x */
int const* p2 = &x;      /* 与 p1 等价 */
int* const p3 = &x;      /* const 指针：p3 自己不能改指向，但可以通过 *p3 改 x */
const int* const p4 = &x;/* 指向 const int 的 const 指针 */

1.3 限定符转换 ​

允许从“指向非 const”的指针隐式转换为“指向 const”的指针（添加限定符）；反方向需要显式强转，并且若最终修改了原本为 const 的对象，则是 UB。

2. volatile：每次访问都具有可观察效果 ​

2.1 核心语义（简化表述） ​

volatile 用于告诉编译器：该对象的值可能在程序“看不见”的地方发生变化（例如硬件寄存器、信号处理函数等），因此对该对象的读写应当按抽象机器语义真实发生，不能被随意省略或合并。

同样地：若对象是 volatile 限定类型，则试图通过非 volatile 左值去读写它，行为是 UB。

2.2 典型使用场景 ​

  1. 内存映射 I/O：static volatile 对象（或指针）映射硬件寄存器。
  2. 与信号处理函数通信：volatile sig_atomic_t 标志位。

volatile 不是并发原语

volatile 不提供原子性，也不提供线程间的同步与内存序保证。多线程并发请使用 C11 原子与同步原语（见并发章节与 <stdatomic.h>）。

3. 习题 ​

  1. 判断下列声明的含义（写出“指针是否可改”“指向内容是否可改”）：
    1. const int* p;
    2. int* const p;
    3. const int* const p;
  2. 写一个“强转去 const”的例子，说明：为什么对原本不是 const 的对象去 const 再写回通常可行，而对原本就是 const 的对象去 const 再写回是 UB。
  3. 解释：为什么 volatile 不能代替 <stdatomic.h>？请给出一个“需要原子性”的并发场景作为反例。