【C/C++】一步一步玩转mutable

C++ 关键字 mutable 主要用于打破 const 限制，允许你在某些被标记为 const 的上下文中仍然修改成员变量。

---

基础语法

class Example {
    mutable int counter = 0;
public:
    void inspect() const {
        ++counter; // 合法：counter 是 mutable
    }
};

---

使用场景与解释

1. 在 const 成员函数中修改成员变量

场景描述：

你希望在 const 成员函数中维护某些统计或缓存变量（如调用计数、缓存标志等），但不破坏 const 接口语义。

示例：

class Cache {
    mutable bool isValid = false;
    mutable int cachedValue = 0;

public:
    int compute() const {
        if (!isValid) {
            cachedValue = 42; // expensive computation
            isValid = true;
        }
        return cachedValue;
    }
};

---

2. 线程同步中的状态变量

场景描述：

在并发程序中，对象是 const 的，但仍需允许 mutable 成员用于同步（如 std::mutex, 原子变量）。

示例：

#include 

class ThreadSafe {
    mutable std::mutex mtx;

public:
    void doWork() const {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
        // 安全地修改共享状态
    }
};

---

3. 懒加载（Lazy Initialization）缓存机制

场景描述：

在 const 方法中进行惰性初始化缓存（如懒加载文件内容、哈希值等）。

示例：

class File {
    std::string filename;
    mutable std::string content;
    mutable bool loaded = false;

public:
    std::string getContent() const {
        if (!loaded) {
            // 加载文件
            content = "file content ...";
            loaded = true;
        }
        return content;
    }
};

---

4. 模拟逻辑 const：对外不可变，对内可变

场景描述：

对外提供 const 接口，但内部实现需要缓存/统计，仍保持语义上“不可变”。

示例：

class Logger {
    mutable int logCount = 0;

public:
    void log(const std::string& msg) const {
        ++logCount;
        std::cout << msg << "\n";
    }
};

---

5. 用于重载与 STL 接口的 operator<、operator== 等场景下的缓存比较结果

场景描述：

在重载比较运算符中缓存比较结果提升性能，但必须是 const 方法。

示例：

class LargeObject {
    std::vector<int> data;
    mutable bool cached = false;
    mutable size_t hash = 0;

public:
    bool operator==(const LargeObject& other) const {
        return getHash() == other.getHash();
    }

    size_t getHash() const {
        if (!cached) {
            hash = std::hash<std::string>{}("simulate expensive hash");
            cached = true;
        }
        return hash;
    }
};

---

6. 模拟引用计数、访问计数等非逻辑状态数据

场景描述：

如 shared_ptr 自定义实现中引用计数可用 mutable。

示例：

class RefCounted {
    mutable int refCount = 0;

public:
    void addRef() const {
        ++refCount;
    }

    int getRefCount() const {
        return refCount;
    }
};

---

mutable 不适用的场景

场景	原因
修改 const 变量	mutable 不能用于普通变量，必须是类的非静态成员变量
静态成员变量	mutable 不适用于 static 成员
函数参数	mutable 不能修饰普通函数参数
普通局部变量	无意义，局部变量默认可变

---

总结：mutable 的核心价值

关键作用	场景
打破 const 限制	用于 const 成员函数中修改成员
支持懒加载和缓存优化	Caching、Hash、懒加载资源
保持语义 const，避免 API 不一致	外部保持不变性，内部允许优化
支持线程安全成员	mutex, atomic 等同步对象