É como se o mesmo endereço de memória tivesse 2 valores... Como isso é possível?
A resposta curta é: Isso não é possível. Acontece que quando você mandou imprimir o valor da variável a
seu programa não leu novamente na memória qual valor guardado lá, ele retornou o valor direto.
Esse resultado é devido a uma otimização que o compilador fez. Quando você usa const
há possibilidades de otimização de desempenho que podem ser exploradas porque o compilador sabe que você não vai mudar o valor dessa variável. Mas aí você foi lá e deu uma rasteira no compilador.
Vamos a Investigar
Testei compilar com o clang e o sanitizer para detectar undefined behaviour, mas ele não viu problemas. Mesmo assim não sei se podemos afirmar que não é undefined behaviour.
Eu testei compilar com gcc++ e com o clang++, ambos passando as opções -g -O0
, e mesmo assim o resultado foi o mesmo. Ou seja, é uma otimização tão "básica" (por que não fazer?) que o compilador está fazendo mesmo quando você pode o mínimo possível de otimizações com a opção -O0
.
Vamos olhar o assembly gerado pelo compilador para confirmar. Para isso eu usei o código abaixo para evitar carregar a biblioteca iostream (mais linhas no assembly). Note que agora estamos interessados no valor de retorno da main.
int main() {
const int a = 5;
int *p1 = (int *)&a;
(*p1) = 9;
return a;
}
Com o const
esse programa tem um valor de retorno de 5 (errado) e sem o const
de 9 (correto). Agora vamos ver o assembly (você pode passar a opção -S
na hora de compilar para ele parar no passo de assembly).
Com o const
o g++ gerou o seguinte assembly na minha máquina (compilado com g++ -O0 -S main.cpp
.
.file "main.cpp"
.text
.globl main
.type main, @function
main:
.LFB0:
.cfi_startproc
pushq %rbp
.cfi_def_cfa_offset 16
.cfi_offset 6, -16
movq %rsp, %rbp
.cfi_def_cfa_register 6
subq $32, %rsp
movq %fs:40, %rax
movq %rax, -8(%rbp)
xorl %eax, %eax
movl $5, -20(%rbp)
leaq -20(%rbp), %rax
movq %rax, -16(%rbp)
movq -16(%rbp), %rax
movl $9, (%rax)
movl $5, %eax
movq -8(%rbp), %rdx
xorq %fs:40, %rdx
je .L3
call __stack_chk_fail@PLT
.L3:
leave
.cfi_def_cfa 7, 8
ret
.cfi_endproc
.LFE0:
.size main, .-main
.ident "GCC: (Arch Linux 9.3.0-1) 9.3.0"
.section .note.GNU-stack,"",@progbits
Agora vamos remover o const
e ver o assembly gerado.
.file "main.cpp"
.text
.globl main
.type main, @function
main:
.LFB0:
.cfi_startproc
pushq %rbp
.cfi_def_cfa_offset 16
.cfi_offset 6, -16
movq %rsp, %rbp
.cfi_def_cfa_register 6
subq $32, %rsp
movq %fs:40, %rax
movq %rax, -8(%rbp)
xorl %eax, %eax
movl $5, -20(%rbp)
leaq -20(%rbp), %rax
movq %rax, -16(%rbp)
movq -16(%rbp), %rax
movl $9, (%rax)
movl -20(%rbp), %eax
movq -8(%rbp), %rdx
xorq %fs:40, %rdx
je .L3
call __stack_chk_fail@PLT
.L3:
leave
.cfi_def_cfa 7, 8
ret
.cfi_endproc
.LFE0:
.size main, .-main
.ident "GCC: (Arch Linux 9.3.0-1) 9.3.0"
.section .note.GNU-stack,"",@progbits
Bom, eu não entendo quase nada de assembly, mas se olharmos o diff desses dois códigos a única diferença é em uma linha (22). Com o const
a linha 22 é
movl $5, %eax
e sem o const
a linha 22 se torna
movl -20(%rbp), %eax
Viu a diferença? Quando a variável a
não é const o valor dela, como qualquer outra variável é lido da memória quando precisamos dele (-20(%rbp)
(o -20 aqui é um ofsset em relação ao ponteiro, no caso rbp que é um ponteiro de frame indicando que essa variável esta na stack) que é onde a variável a
foi armazenada), mas quando ela é const
o assembly gerado possui o valor literal da variável a
quando ela foi declarada, que é uma das maneiras de como o g++ trata constantes, com maiores otimizações o compilador simplesmente coloca o valor literal da constante sempre que ele for usando, assim nunca consultando a memoria, trazendo grandes benefícios enquanto a eficiência.
Para maiores informações você pode ler esse FAQ, também vale checar a documentação e essa pergunta no SO tem várias respostas interessantes.
Fato interessante: Recentemente encontrei essa pergunta no stackoverflow sobre o std::launder
(eu não conhecia) que serve para você pegar o ponteiro de um objeto para o qual você passou o ponteiro. Resolvi testar com o código aqui e percebi que *std::launder(&a)
ou simplesmente *(&a)
vai ler o valor correto na variável a
porque primeiro pega o endereço de a
e depois ver o valor armazenado nesse endereço.