C++ 中的 mutable 关键字

此篇介绍 C++ 中的 mutable 关键字。

类中的 mutable

mutable 从字面意思上来说,是「可变的」之意。

若是要「顾名思义」,那么这个关键词的含义就有些意思了。显然,「可变的」只能用来形容变量,而不可能是「函数」或者「类」本身。然而,既然是「变量」,那么它本来就是可变的,也没有必要使用 mutable 来修饰。那么,mutable 就只能用来形容某种不变的东西了。

C++ 中,不可变的变量,称之为常量,使用 const 来修饰。然而,若是 const mutable 联用,未免让人摸不着头脑——到底是可变还是不可变呢?

事实上,mutable 是用来修饰一个 const 示例的部分可变的数据成员的。如果要说得更清晰一点,就是说 mutable 的出现,将 C++ 中的 const 的概念分成了两种。

  • 二进制层面的 const,也就是「绝对的」常量,在任何情况下都不可修改(除非用 const_cast)。
  • 引入 mutable 之后,C++ 可以有逻辑层面的 const,也就是对一个常量实例来说,从外部观察,它是常量而不可修改;但是内部可以有非常量的状态。

当然,所谓的「逻辑 const」,在 C++ 标准中并没有这一称呼。这只是为了方便理解,而创造出来的名词。

显而易见,mutable 只能用来修饰类的数据成员;而被 mutable 修饰的数据成员,可以在 const 成员函数中修改。

这里举一个例子,展现这类情形。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
class HashTable {
public:
//...
std::string lookup(const std::string& key) const
{

if (key == last_key_) {
return last_value_;
}

std::string value{this->lookupInternal(key)};

last_key_ = key;
last_value_ = value;

return value;
}

private:
mutable std::string last_key_
mutable std::string last_value_;
};

这里,我们呈现了一个哈希表的部分实现。显然,对哈希表的查询操作,在逻辑上不应该修改哈希表本身。因此,HashTable::lookup 是一个 const 成员函数。在 HashTable::lookup 中,我们使用了 last_key_last_value_ 实现了一个简单的「缓存」逻辑。当传入的 key 与前次查询的 last_key_ 一致时,直接返回 last_value_;否则,则返回实际查询得到的 value 并更新 last_key_last_value_

在这里,last_key_last_value_HashTable 的数据成员。按照一般的理解,const 成员函数是不允许修改数据成员的。但是,另一方面,last_key_last_value_ 从逻辑上说,修改它们的值,外部是无有感知的;因此也就不会破坏逻辑上的 const。为了解决这一矛盾,我们用 mutable 来修饰 last_key_last_value_,以便在 lookup 函数中更新缓存的键值。

Lambda 表达式中的 mutable

C++11 引入了 Lambda 表达式,程序员可以凭此创建匿名函数。在 Lambda 表达式的设计中,捕获变量有几种方式;其中按值捕获(Caputre by Value)的方式不允许程序员在 Lambda 函数的函数体中修改捕获的变量。而以 mutable 修饰 Lambda 函数,则可以打破这种限制。

1
2
3
int x{0};
auto f1 = [=]() mutable {x = 42;}; // okay, 创建了一个函数类型的实例
auto f2 = [=]() {x = 42;}; // error, 不允许修改按值捕获的外部变量的值

需要注意的是,上述 f1 的函数体中,虽然我们给 x 做了赋值操作,但是这一操作仅只在函数内部生效——即,实际是给拷贝至函数内部的 x 进行赋值——而外部的 x 的值依旧是 0


您的鼓励是我写作最大的动力

俗话说,投资效率是最好的投资。 如果您感觉我的文章质量不错,读后收获很大,预计能为您提高 10% 的工作效率,不妨小额捐助我一下,让我有动力继续写出更多好文章。


撰写评论

写了这么多年博客,收到的优秀评论少之又少。在这个属于 SNS 的时代也并不缺少向作者反馈的渠道。因此,如果你希望撰写评论,请发邮件至我的邮箱并注明文章标题,我会挑选对读者有价值的评论附加到文章末尾。