可变成员是否禁用非可变成员的 const 优化？

Question

据我所知，在 C++ 中，具有相同访问控制的结构/类成员按声明顺序存储在内存中。下一个示例 m 和 c 是否应该一个接一个地存储：

#include <cstdlib>
#include <iostream>

struct X
{
    mutable int m;
    int         c;
};

const X cx = {0, 1};

int main()
{   
    X& x = const_cast<X&>(cx);

    x.m = rand();
    x.c = rand();

    std::cout<<x.m<<" "<<x.c;
}

在本例中，程序运行并打印 2 个随机数。如果我删除 mutable 它会崩溃，因为 cx 存储在只读受保护的内存中。

这让我想知道 - 一个 mutable 成员是否会禁用整个 struct 的 const 优化（不知何故让所有成员 mutable）？

是否可以将struct 的一部分存储在只读内存中，而将其他部分存储在非只读内存中并遵守 C++ 标准内存布局？

这是使用 Windows 7 上的 Visual Studio 2010 和 Ubuntu 上的 GCC 4.7.2 测试的。

Answer 1

标准在很多地方都谈到mutable 成员。我在下面引用标准的三个部分来解释您只能修改const 对象的mutable 成员。否则它是未定义的行为。

3.9.3 CV 限定符 [basic.type.qualifier]

const 对象 是 const T 类型的对象或此类对象的非可变子对象。

[...]

7.1.1 存储类说明符 [dcl.stc]

类数据成员上的 mutable 说明符使应用于包含类对象的 const 说明符无效，并允许修改 mutable 类成员，即使该对象的其余部分是 const。

[...]

7.1.6.1 cv 限定符 [dcl.type.cv]

除了可以修改声明为mutable (7.1.1) 的任何类成员外，任何在const 对象的生命周期(3.8) 期间修改它的尝试都会导致未定义的行为。 p>

---

是否可以将struct 的一部分存储在只读内存中，而将其他部分存储在非只读内存中并遵守 C++ 标准内存布局？

不，不可能将struct（或class）的一部分存储在与对象其余部分不同的内存区域中。

Answer 2

解释为什么编译器在存储struct 的位置时必须“全有或全无”：在大多数处理器中，内存页为 4KB（少数有 8KB 页）。这是“只读”与“读/写”内存块的粒度。所以你不能在只读内存中有一个 4 字节整数，然后在读写内存中有下一个 4 字节整数（除非它们正好跨越 4KB 内存边界 - 但这肯定会造成相当浪费的使用内存，如果你有 3000 个数组，占用 12MB）。

请注意，这不是“优化”。只读存储器并不比读写存储器快。这是一种保护，防止用户对const 感到愚蠢并写入他们不应该写入的数据。

此外，如果您向struct 添加一个“做某事”的构造函数，它很可能会将结构存储在读写内存中，因为编译器生成代码以打开只读和在运行时关闭。

Answer 3

关键字“const”更像是程序员团队的标签，例如“private”和“public”，而不是编译器指令或编译器提示。编译器可以使用它进行优化，但不需要。编译器只需要控制和防止滥用。所以你看到的行为是完全可以的。 不，一个结构实例或类实例的部分不可能存在于不同的内存区域（不计入映射）。因为该决定会影响结构的使用，并且必须得到程序员的允许。