面试题：C++ 常指针与指针常量混淆点 - 底层原理及优化

常指针和指针常量对内存模型及线程安全性的影响

常指针（指向常量的指针）
- 内存模型：常指针本身的值（即所指向的地址）可以改变，但它所指向的数据是常量，不能通过该指针修改。这意味着在内存中，指针本身存储在栈或堆（取决于其作用域和声明方式），而指向的常量数据通常存储在只读数据段（如果是全局常量）或栈（如果是局部常量）。
- 线程安全性：从线程安全角度看，由于所指向的数据不可变，多个线程同时读取该数据不会引发数据竞争问题，具有一定的线程安全性。但如果多个线程同时试图修改指针指向的地址（如果允许），则可能导致竞态条件。
指针常量（常量指针）
- 内存模型：指针常量的值（即所指向的地址）是固定的，不能改变，但其指向的数据可以修改（除非该数据也是常量）。指针常量存储在栈或堆（取决于其作用域和声明方式），其指向的数据存储位置取决于数据本身的性质（全局变量在数据段，局部变量在栈等）。
- 线程安全性：因为指针指向的地址不能改变，如果多个线程通过该指针常量访问其指向的数据，且该数据是可变的，那么在没有同步机制的情况下，对该数据的读写可能会导致数据竞争，线程安全性取决于对其指向数据的访问控制。

汇编层面底层实现差异

常指针：在汇编层面，常指针与普通指针的操作类似，只是在对指针所指向数据进行写操作时，会引发异常（如果运行环境有保护机制）。例如，在x86架构下，假设常指针 const int* ptr，当试图通过 ptr 修改数据时，可能会触发段错误（Segmentation Fault），因为写入只读数据段是不允许的。汇编代码中，对指针的赋值（改变指向地址）和读取操作与普通指针无异。
指针常量：对于指针常量 int* const ptr，在汇编层面，其初始化时确定的指针值在程序运行过程中不能改变。汇编代码会将指针常量的值固定在特定内存位置，任何试图修改该指针值的操作都会被阻止（可能会导致编译错误）。而对指针指向数据的读写操作与普通指针类似，只是指针本身的值不能改变。

多线程场景下代码示例及逻辑解释

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>

std::mutex mtx;
const int sharedData = 42; // 共享常量数据
int* const ptr = const_cast<int*>(&sharedData); // 指针常量指向共享常量数据，这里使用const_cast是为了演示，实际使用需谨慎

void threadFunction() {
    mtx.lock();
    // 虽然共享数据是常量，但通过指针常量可以读取
    std::cout << "Thread " << std::this_thread::get_id() << " reads data: " << *ptr << std::endl;
    mtx.unlock();
}

int main() {
    std::thread threads[5];
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        threads[i] = std::thread(threadFunction);
    }
    for (auto& th : threads) {
        th.join();
    }
    return 0;
}

代码逻辑解释：

常量数据和指针常量声明：定义了一个共享的常量数据 sharedData，并使用指针常量 ptr 指向它。这里使用 const_cast 是为了演示指针常量对常量数据的访问，实际场景中应避免不必要的 const_cast 使用。
线程函数：threadFunction 函数通过 mutex 进行同步，以确保多个线程在读取数据时不会发生数据竞争。每个线程获取锁后，通过指针常量 ptr 读取共享数据并输出，读取完成后释放锁。
主线程：在 main 函数中创建了5个线程，每个线程都执行 threadFunction 函数，最后等待所有线程执行完毕。通过这种方式，展示了在多线程环境下如何合理使用指针常量来安全地访问共享数据，提高程序的性能和安全性。

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面试题：C++ 常指针与指针常量混淆点 - 底层原理及优化

知识考点

面试题答案

常指针和指针常量对内存模型及线程安全性的影响

汇编层面底层实现差异

多线程场景下代码示例及逻辑解释