mutable 关键字

本课属于 Coddy C++ 学习旅程的“面向对象编程”单元。第 30 课，共 104 课。

你已经学过，const 成员函数不能修改任何成员变量。但有时你需要修改不会影响对象逻辑状态的成员，比如缓存或访问计数器。mutable 关键字可以作为 const 限制的例外。

可变成员即使在 const 成员函数中也可以修改：

class DataFetcher {
    std::string data;
    mutable int accessCount;    // 可以在 const 函数中修改
    
public:
    DataFetcher(std::string d) : data(d), accessCount(0) {}
    
    std::string getData() const {
        accessCount++;          // 可以这样做，因为 accessCount 是 mutable 的
        return data;
    }
    
    int getAccessCount() const {
        return accessCount;
    }
};

如果没有 mutable，在常量函数 getData() 中递增 accessCount 会导致编译器错误。mutable 关键字告诉编译器：“即使对象被视为常量，也允许更改这个成员。”

mutable 的常见用途包括缓存计算结果、跟踪访问统计信息，以及实现互斥锁等同步原语。在每种情况下，修改都不会改变对象在逻辑上所代表的内容。缓存的值只是优化手段，访问计数器则是关于使用情况的元数据。

class Circle {
    double radius;
    mutable double cachedArea;
    mutable bool areaCached;
    
public:
    double getArea() const {
        if (!areaCached) {
            cachedArea = 3.14159 * radius * radius;
            areaCached = true;
        }
        return cachedArea;
    }
};

谨慎使用 mutable，它只应应用于不会影响对象可观察状态的成员。

挑战

简单

让我们构建一个文档查看器，用来跟踪文档被查看的次数，同时不破坏只读方法的 const 正确性。这是使用 mutable 关键字的绝佳场景。

你将创建两个文件来组织代码：

Document.h：定义一个 Document 类，用于存储内容并悄悄跟踪查看统计信息。你的类需要包含：
- 私有成员：title（字符串）、content（字符串），以及一个即使在 const 方法中也能修改的 mutable int viewCount
- 一个接收标题和内容的构造函数，并将 viewCount 初始化为 0
- 一个返回标题的 getTitle() const 方法
- 一个 getContent() const 方法，用于递增 viewCount（因为它是 mutable，所以可以这样做）并返回内容
- 一个 getViewCount() const 方法，用于返回内容被访问的次数
- 一个 getPreview() const 方法，用于返回内容的前 20 个字符，后面接 "..."。这不应该递增查看次数，因为这只是预览
main.cpp：演示 mutable 如何在保持方法逻辑上为 const 的同时跟踪访问统计信息。从输入中读取文档标题和内容（各占一行），然后：
- 使用输入的值创建一个 Document
- 打印 "Title: <title>"
- 打印 "Preview: <preview>"
- 打印 "Views after preview: <count>"
- 使用 getContent() 访问完整内容，并打印 "Content: <content>"
- 打印 "Views after first read: <count>"
- 再次访问内容，并打印 "Content: <content>"
- 打印 "Views after second read: <count>"
- 创建一个辅助函数 void displayDocument(const Document& doc)，用于打印 "[Const Access] <title>: <content>"。这可以证明我们的 const 方法能够与 const 引用配合使用
- 使用你的文档调用 displayDocument()
- 打印 "Final view count: <count>"

预览后，查看次数应该是 0（因为预览不算完整查看），之后每次调用 getContent() 时都会递增。mutable 关键字让这一点成为可能。如果没有它，你就无法在 getContent() 这样的 const 方法中修改 viewCount。

如果内容不足 20 个字符，getPreview() 应该返回完整内容，后面接 "..."。

亲手试试

#include <iostream>
#include <string>
#include "Document.h"
using namespace std;

// TODO: 实现 displayDocument 函数
// 它应输出："[Const Access] <title>: <content>"
void displayDocument(const Document& doc) {
    // TODO: 实现这个函数
}

int main() {
    // 读取输入
    string title;
    string content;
    getline(cin, title);
    getline(cin, content);
    
    // TODO: 用输入的值创建一个 Document 对象
    
    // TODO: 输出 "Title: <title>"
    
    // TODO: 输出 "Preview: <preview>"
    
    // TODO: 输出 "Views after preview: <count>"
    
    // TODO: 访问完整内容并输出 "Content: <content>"
    
    // TODO: 输出 "Views after first read: <count>"
    
    // TODO: 再次访问内容并输出 "Content: <content>"
    
    // TODO: 输出 "Views after second read: <count>"
    
    // TODO: 用你创建的文档调用 displayDocument()
    
    // TODO: 输出 "Final view count: <count>"
    
    return 0;
}

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