C语言之const和volatile"究极"学习

关于const的用法，现在大概前前后后应该写了有两篇文章，以前学习的时候，用法体会不是那么深刻，为啥这么说呢，因为在学习c++的时候，会发现const关键字有新的玩法，关于这个新的玩法，大家可以去看最近学习总结写的c++文章专辑。

一、const的用法：

1、const只读变量：

• const修饰的变量是只读的，本质上还是变量

• const修饰的局部变量在栈上分配空间

• const修饰的全局变量在全局数据区分配空间

• const只在编译期有用，在运行期没有用

注：const修饰的变量不是真的常量，它只是告诉编译器该变量不能出现在赋值符号的左边

2、const全局变量的分歧：

• 在现代c语言编译器中，修改const全局变量将导致程序崩溃

• 标准c语言编译器不会将const修饰的全局变量存储于只读存储区中，而是存储于可修改的全局数据区，其值依然可以改变

3、代码示例：

(1)只读变量代码示例：

#include <stdio.h>

int main()
{
   const int a =10;
   printf("a = %d\n",a);

   a=20;
   printf("a = %d\n",a);
  
  return 0;
}

运行结果：

test.c: In function ‘main’:
test.c:8:4: error: assignment of read-only variable ‘a’
    a=20;
    ^

注解：显示这个结果很正常，变量a被const修饰了，它就成了只读的。

(2)如果对变量a的值进行修改：

#include <stdio.h>

int main()
{
   const int a =10;
   int *p =(int *) &a;
   printf("a = %d\n",a);

   *p=20;
   printf("a = %d\n",a);


  return 0;
}

运行结果：

root@txp-virtual-machine:/home/txp# ./a.out
a = 10
a = 20

注解：通过指针的方式，就能够把a的值进行修改，这也论证了“const修饰的变量是只读的，本质上还是变量”这句话

(3)const修饰全局变量：

代码版本一

#include <stdio.h>
const int b = 40;

int main()
{
   
 
   printf("b = %d\n",b);
   b=20;
   printf("b = %d\n",b);


  return 0;
}

输出结果：

root@txp-virtual-machine:/home/txp# gcc test.c
test.c: In function ‘main’:
test.c:10:4: error: assignment of read-only variable ‘b’
    b=20;
    ^

注解：跟const修饰栈上的变量用法一样

代码版本二

#include <stdio.h>
const int b = 40;

int main()
{

   int *p =(int *) &b;
   printf("b = %d\n",b);

   *p=20;
   printf("b = %d\n",b);


  return 0;
}

运行结果：

root@txp-virtual-machine:/home/txp# ./a.out
b = 40
Segmentation fault (core dumped)

注解：这里出现了段错误，这也验证了我们上面所说的“修改const全局变量将导致程序崩溃”。

同时为了验证“标准c语言编译器不会将const修饰的全局变量存储于只读存储区中，而是存储于可修改的全局数据区，其值依然可以改变”这句话，我把这段代码放到dev c++上进行试验：

说明：我这个版本的编译器支持标准c语言，所以没导致程序崩溃，能够正常运行

4、const的本质

• c语言中的const使得变量具有只读属性

• 现代c编译器中的const将具有全局生命周期的变量存储于只读存储区，不是放在全局数据区

注：const不能定义真正意义上的常量；同时这里注意static关键字修饰的变量，它的生命周期和全局变量一样。

代码示例：

#include <stdio.h>

const int Array[5] = {0};

void fun(int *p,int v)
{
   *p=v;
}
int main()
{
    int const i =1;
    const static int j =2;
    int const array[5] = {0};

    fun((int *)&i,1);
    fun((int *)&j,2);
    fun((int *)&array[2],3);
    fun((int *)&Array[1],4);

   return 0;

}

输出结果：

root@txp-virtual-machine:/home/txp# ./a.out
Segmentation fault (core dumped)

注解：这里会有段错误，错误出现在const+static修饰的j变量对其进行修改，还有const修饰的全局数组。

5、const修饰函数参数和返回值

• const修饰函数参数表示在函数体内不希望改变参数的值

• const修饰函数返回值表示返回值不可改变，多用于返回指针的情形

在c语言中的字符串字面量存储于只读存储区中，在程序中需要使用const char* 指针，例如：

const char * s = "TXP嵌入式";//字符串字面量

代码示例：

#include <stdio.h>

const char*fun(const int i)
{
   i=8;
    return "TXP";
}
int main()
{
   const char * p=fun(0);
    printf("%s\n",p);
    p[1]='_';
    printf("%s\n",p);

    return 0;


}

输出结果：

root@txp-virtual-machine:/home/txp# gcc test.c
test.c: In function ‘fun’:
test.c:5:4: error: assignment of read-only parameter ‘i’
    i=8;
    ^
test.c: In function ‘main’:
test.c:12:5: error: assignment of read-only location ‘*(p + 1u)’
     p[1]='_';
     ^

注解:上面这样写，肯定有问题。

代码进化：

#include <stdio.h>

const char*fun(const int i)
{
//   i=8;
    return "TXP";
}
int main()
{
   const char * p=fun(0);
    printf("%s\n",p);
  //  p[1]='_';
   // printf("%s\n",p);

    return 0;


}

输出结果：

root@txp-virtual-machine:/home/txp# ./a.out
TXP

二、volatile的用法

老实说，这个关键字在面试题目里面经常会出现，但是平时学习的时候，如果你没有真正理解这其中的含义，在笔试的时候，脑袋里面可能依稀是记得有那么几个结论，但是有时候吧，一紧张就把结论给忘了，也不是不可能，所以说，咋们还是老实一点，得真正把它原理搞明白才行，这样上来战场就不怕了，以后写代码也就少一点bug。

1、volatile的常用结论（volatile英文本意就是易变的意思）

这里我先给结论，然后再给一个例子，把这个例子的讲明白，所有结论就都明白了。

• volatile可理解为“编译器警告指示字”

• volatile告诉编译器必须每次去内存中取变量值

• volatile主要修饰可能被多个线程访问的变量

• volatile也可以修饰可能被未知因素更改的变量

• volatile可以修饰一个中断子程序中会访问到的非自动变量

2、分析原理

大家可能平时在博客学习，都会发现讲解编译器优化的，然后加了volatile关键来修饰变量，就告诉编译器不要去优化这个变量了，那么这里的优化到底是什么意思呢?

从字面上来理解优化两个字，意思就是最优值(变量的值不会改变)，这里我用一个简单代码来说明一下：

#include <stdio.h>

int main()
{
    int a =1;//volatile int a =0;
     
    while(a)
    {
    
    }
}

说明：上面的代码，如果变量a没有加volatile修饰的话，编译器就会优化它（也就是a的值一直不变），所以while就一直死循环；然后我如果加了volatile来修饰的话，编译器就不会去优化变量a，不优化的意思就是说，变量a的值可能就会改变，while就不会一直死循环。

当然这里为了好理解，我说的不是很专业，没有从寄存器和内存的角度去说。（我也不想那么去讲解，简单理解了就行）

总之一句话：上面的结论中，volatile修饰的都是变量，变量就可能改变，不会被编译器优化；只是说我们上面的结论应用场景不同而已。

三、总结

• const使得变量具有只读属性

• const不能定义真正意义上的常量

• const将具有全局生命周期的变量存储于只读存储区

• volatile强制编译器减少优化，必须每次从内存中取值