C++ 关键字与特性详解

一、const 与 constexpr

1. const

• 作用：定义运行时常量，防止意外修改
• 应用场景：
• 特点： 运行期确定值可用于任何作用域必须初始化

2. constexpr (C++11)

• 作用：定义编译期常量表达式
• 应用场景：
• 特点： 编译期求值C++14放宽了对函数体的限制比const更严格的编译期检查

二、static 关键字

1. 静态局部变量

void counter() {
    static int count = 0;  // 只初始化一次
    ++count;
    cout << count << endl;
}

• 特点：函数调用间保持值，存储在静态存储区

2. 静态成员

class MyClass {
    static int s_count;    // 静态成员变量
public:
    static void print() {  // 静态成员函数
        cout << s_count;
    }
};
int MyClass::s_count = 0;  // 类外初始化

• 特点： 类所有实例共享静态函数只能访问静态成员没有this指针

3. 静态全局变量/函数

• 限制作用域在当前文件
• 避免命名冲突

三、volatile 关键字

1. 基本用法

volatile int flag = 0;  // 告诉编译器不要优化

2. 使用场景

• 硬件寄存器访问
• 多线程共享变量
• 信号处理程序中的变量

3. 与const结合

const volatile int READ_ONLY_REGISTER = 0x1234;

• 既不能被程序修改，又可能被外部改变

四、mutable 关键字

1. 使用场景

class Cache {
    mutable bool dirty;  // 可在const函数中修改
public:
    int getValue() const {
        dirty = true;    // 允许修改
        return value;
    }
};

2. 典型应用

• 缓存标志
• 互斥锁成员
• 调试计数

五、explicit 关键字

1. 作用

禁止隐式类型转换

2. 应用示例

class String {
    explicit String(int size);  // 禁止 int->String 隐式转换
};
String s1(10);     // OK
String s2 = 10;    // 错误
String s3 = 'a';   // 错误

3. 使用建议

• 所有单参数构造函数都应考虑使用
• 避免意外的类型转换

六、inline 关键字

1. 基本用法

inline int max(int a, int b) {
    return a > b ? a : b;
}

2. 现代C++中的变化

• 类内定义的成员函数默认inline
• 链接时不产生多重定义错误
• 编译器最终决定是否内联

3. 使用注意事项

• 适合短小频繁调用的函数
• 递归函数和虚函数通常不会被内联
• 过度使用可能导致代码膨胀

七、现代C++新增关键字

1. auto (C++11)

auto i = 42;               // int
auto& r = i;               // int&
auto&& rr = i;             // int&
auto list = {1, 2, 3};     // std::initializer_list<int>

2. decltype (C++11)

int x = 0;
decltype(x) y = 1;         // y的类型是int
decltype(auto) z = y;      // 保留引用和const

3. override/final (C++11)

class Base {
    virtual void foo() final;  // 禁止重写
};
class Derived : public Base {
    void foo() override;       // 显式重写
};

4. noexcept (C++11)

void func() noexcept;       // 保证不抛出异常
void func() noexcept(true); // 条件性noexcept

八、关键字的组合使用

1. const + volatile

const volatile int hardware_register;

2. static + constexpr

static constexpr int MAX = 100;

3. inline + constexpr (C++17)

inline constexpr double pi = 3.1415926;

4. mutable + lambda

auto func = [x = 0]() mutable { return ++x; };

九、面试常见问题

1. const和constexpr的主要区别是什么？const是运行时常量，constexpr是编译期常量
2. 什么情况下必须使用mutable？需要在const成员函数中修改的成员变量
3. 为什么推荐构造函数使用explicit？避免意外的隐式类型转换导致的bug
4. static成员变量为什么需要在类外定义？需要分配存储空间，避免多重定义
5. volatile在嵌入式开发中的作用？确保编译器不对硬件寄存器访问进行优化
6. 现代C++中auto的使用场景？复杂类型声明、模板代码、lambda表达式等
7. override关键字的作用？显式表明重写虚函数，增加代码可读性，编译器检查重写是否正确