C++ mutable 關鍵字

此篇介紹 C++ 中的 mutable 關鍵字。

類中的 mutable

mutable 從字面意思上來說，是「可變的」之意。

若是要「顧名思義」，那麼這個關鍵詞的含義就有些意思了。顯然，「可變的」隻能用來形容變量，而不可能是「函數」或者「類」本身。然而，既然是「變量」，那麼它本來就是可變的，也沒有必要使用 mutable 來修飾。那麼，mutable 就隻能用來形容某種不變的東西了。

C++ 中，不可變的變量，稱之為常量，使用 const 來修飾。然而，若是 const mutable 聯用，未免讓人摸不着頭腦——到底是可變還是不可變呢？

事實上，mutable 是用來修飾一個 const 示例的部分可變的資料成員的。如果要說得更清晰一點，就是說 mutable 的出現，将 C++ 中的 const 的概念分成了兩種。

二進制層面的 const，也就是「絕對的」常量，在任何情況下都不可修改（除非用 const_cast）。

引入 mutable 之後，C++ 可以有邏輯層面的 const，也就是對一個常量執行個體來說，從外部觀察，它是常量而不可修改；但是内部可以有非常量的狀态。

當然，所謂的「邏輯 const」，在 C++ 标準中并沒有這一稱呼。這隻是為了友善了解，而創造出來的名詞。

顯而易見，mutable 隻能用來修飾類的資料成員；而被 mutable 修飾的資料成員，可以在 const 成員函數中修改。

這裡舉一個例子，展現這類情形。

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_;
};
           

這裡，我們呈現了一個哈希表的部分實作。顯然，對哈希表的查詢操作，在邏輯上不應該修改哈希表本身。是以，HashTable::lookup 是一個 const 成員函數。在 HashTable::lookup 中，我們使用了 last_key_ 和 last_value_ 實作了一個簡單的「緩存」邏輯。當傳入的 key 與前次查詢的 last_key_ 一緻時，直接傳回 last_value_；否則，則傳回實際查詢得到的 value 并更新 last_key_ 和 last_value_。

在這裡，last_key_ 和 last_value_ 是 HashTable 的資料成員。按照一般的了解，const 成員函數是不允許修改資料成員的。但是，另一方面，last_key_ 和 last_value_ 從邏輯上說，修改它們的值，外部是無有感覺的；是以也就不會破壞邏輯上的 const。為了解決這一沖突，我們用 mutable 來修飾 last_key_ 和 last_value_，以便在 lookup 函數中更新緩存的鍵值。

Lambda 表達式中的 mutable

C++11 引入了 Lambda 表達式，程式員可以憑此建立匿名函數。在 Lambda 表達式的設計中，捕獲變量有幾種方式；其中按值捕獲（Caputre by Value）的方式不允許程式員在 Lambda 函數的函數體中修改捕獲的變量。而以 mutable 修飾 Lambda 函數，則可以打破這種限制。

int x{0};
auto f1 = [=]() mutable {x = 42;};  // okay, 建立了一個函數類型的執行個體
auto f2 = [=]()         {x = 42;};  // error, 不允許修改按值捕獲的外部變量的值
           

需要注意的是，上述 f1 的函數體中，雖然我們給 x 做了指派操作，但是這一操作僅隻在函數内部生效——即，實際是給拷貝至函數内部的 x 進行指派——而外部的 x 的值依舊是 0。