Bill学C++ 第一季：const 详解

Posted 2020-06-18 This is bill

零、文章来由

打算将基础知识在看书的同时系统的整理一下，方便大家也方便自己。整理的知识尽量参照书本知识，比网上获取的资料有更高的可信度。

一、从 文字常量和常变量 开始

1、文字常量

程序中的特殊标识符或表达式，由于同时满足：
（1）不可寻址（放在代码区）
（2）值不可变
所以可视为文字常量。他们是 静态数组名、枚举变量、全局（静态变量）首地址、#define定义的常量。

整型文字常量：
（1）前加0表示 八进制
（2）前加0x表示 十六进制
（3）后加L（推荐）或l，表示long类型
（4）后加U（或u）表示无符号数

eg.1024UL

2、常变量Const

同其他变量一样被分配空间，可寻址。

const是在高级语言的语义层面上定义的，是编译器在编译期做语法检测来保证，但是运行时，const变量不是在只读内存中，而是和一般变量一样放在数据区，所以一样可以对其进行修改。

所以：常变量是一种加了特殊限制的变量，理解成“只读”变量

即使是const修饰，也是可以修改的

#include <iostream>
using namespace std;

void ShowValue(const int &i) {
    cout<<i<<endl;
}

int main() 
{
    const int j=5;
    void *p=(void *)&j;
    int *ptr=(int *)p;
    (*ptr)++;
    //cout<<j<<endl; //还是会显示5，因为编译器优化的时候将j替换为文字常量5
    //但如果是int i=5; const int j=i; 则无法替换，直接输出j为6
    ShowValue(j); //显示6

    return 0; 
}

3、常变量替换

如果常变量有初始化赋初值，那编译器将该常变量在其他地方替换成文字常量
但是如果开始不初始化就会错误

如：

void DefineArray(const int n){
     int B[n]={}; //error,数组大小在编译期确定
}

int main(){
     const int m=5;
     int A[m]={}; //ok
}

4、文字常量和常变量寻址

int &r=5; //error，无法寻址文字常量，无法建立引用

const int &r=5; //ok，在数据区开辟一个值为5的无名整数量，然后将引用r与这个整形两绑定

二、const用法

1、const的位置

int const *p; //指向常量的指针（即常指针，const修饰的是int），指向的对象是const型，不可以修改，但是指针p的指向可以修改
int *const p; //指针常量（const修饰的是int*），指针变量p是const型，它的指向不可修改，但是指向的对象可以修改

const和数据类型结合在一起 —>“常类型”。（看成一个整体）

修饰类型时，既可以放在放前面，也可以放在后面；用常类型声明 or 定义变量，const只出现在变量前。

const和被修饰类型间不能有其他标识符存在。

引用本身可以理解成一个指针常量

故在引用前使用const没有意义

int & const r4=i; //const是多余的，编译器warning后忽略const存在

const配合二重指针，此例子中const在不同位置，结果不同

#include <iostream>
using namespace std;

int main() 
{
    int const **p1; //不是指针常量，指向 int count*（“int const*”是一个 指向整型常量的指针）
    int *const *p2; //不是指针常量，但所指的变量是指针常量（int *const，即指向整型的指针常量，指向不能修改）

    int i=5;
    int j=6;

    const int *ptr1=&i;
    int *const ptr2=&j;

    p1=&ptr1;
    p2=&ptr2;

    cout<<**p1<<endl;
    cout<<**p2<<endl;

    return 0; 
}

输出：
5
6

上述p1和p2 赋值有讲究，如果 p1=&ptr2 或 p2=ptr1 就会编译错误

2、const修饰某个类 —> 常对象 和 常函数

const修饰对象–>常对象
const修饰成员函数—>常函数

在常函数中，不允许对任何成员变量进行修改

通过常对象，只能调用该对象的常函数

#include <iostream>
using namespace std;

class A
{
    int num;
public:
    A() {num=5;}
    void disp();
    void disp() const;
    void set(int n) {num=n;}

};

void A::disp() const {
    cout<<num<<endl;
}

void A::disp() {
    cout<<"non-const version of disp()"<<endl;
}

int main() 
{
    A a1;
    a1.set(3);
    a1.disp();
    A const a2;
    a2.disp();
}

以上注意：
（1）如果常函数声明和定义分开，都需要加const，否则编译错误

只有类的非静态成员函数可以被声明为常函数

（2）如果一个类的两个成员函数，返回值、函数名、参数列表完全相同，其中之一是const，则重载。因为 常成员函数的参数传入this指针是const Class*类型的，参数不同，导致函数签名不同。

非只读对象（如a1）调用某个函数（如 disp()），先找非const版本，如果没有，再调用const版本。而常对象，只能调用类中定义的常函数，否则编译器报错。

如果一个非const对象（如a1）调用函数，同时有const和非const版本的函数，我们希望其调用const函数。就必须建立该对象的常引用，或指向该对象的常指针来达到目的。如： (const A&)a1.disp(); 或 (const A *)&a1->disp();

（3）常对象创建后，其数据成员不允许在修改。所以显示构造函数来初始化该对象非常重要。

常对象，全体成员数据成员都是常量看待。
类对象的非静态常量成员必须在构造函数中初始化，且只能借助初始化列表进行。

3、const修饰函数参数+函数返回值

#include <iostream>
using namespace std;

void disp1(const int &ri){
    cout<<ri<<endl;
}

void disp2(const int i){
    cout<<i<<endl;
}

const int disp3(const int& ri){
    cout<<ri<<endl;
    return ri;
}

int& disp4(int& ri){
    cout<<ri<<endl;
    return ri;
}

const int& disp5(int& ri){
    cout<<ri<<endl;
    return ri;
}


int main(int argc,char* argv[])
{
    int n=5;
    disp1(n);
    disp2(n);
    disp3(n);
    disp4(n)=6; //修改引用返回值
    disp5(n);//disp5(n)=6;是错误的
}

注意：
（1）const修饰参数，主要作用是被引用对象或被指向对象，如果只是形参，就没有多少意义。如：void disp2(const int i)，这里的i在函数中改不改变，加不加const没什么影响。

不但如此，同时定义一个相似的用const修饰参数和不用const修饰参数的函数，会引起重定义错误。比如：任何整型表达式的值，都可以传给int型参变量，也可以传给const int型参变量，故不重载。

（2）当返回值是一个普通数据，而非引用，const修饰也没多少意义。因为函数返回值是一个非左值，本来就不能改变其值。故其上 const int disp3(const int& ri)，对返回值修饰然并卵。

（3）如果返回值为引用，用const修饰可以阻止对被引用对象修改，disp5(n)=6;是错误的

（4）常见的对const的误解。

误解一：用const修改的变量值一定是不能改变的。const修饰的变量可通过指针可间接修改。

如：

const int j=5;
void *p=(void *)&j;
int *ptr=(int *)p;
(*ptr)++;

误解二：常引用或常指针，只能指向常变量，这是一个极大的误解。常引用或者常指针只能说明不能通过该引用（或者该指针）去修改被引用的对象，至于被引用对象原来是什么性质是无法由常引用（常指针）决定的。

三、const_cast 的用法

1、作用

const_cast 是 C++ 运算符，作用是去除符合类型中的const或者volatile

当大量使用const_cast是不明智的，只能说程序存在设计缺陷。使用方法见下例：

void constTest(){
    int i;
    cout<<"please input a integer:";
    cin>>i;
    const int a=i;
    int& r=const_cast<int&>(a);//若写成int& r=a;则发生编译错误
    ++r;
    cout<<a<<endl;
}
int main(int argc,char* argv[])
{
    constTest();
    return 0;
}

输入：
5

输出：
6

总结：
（1）const_cast运算符的语法形式是const_cast< type> (expression)。 括号不可省略

（2）const_cast只能去除目标的const或者volatile属性，不能进行不同类型的转换。只能将 const type* 转换为 type*，或者 const type & 转换为 type &。
如下转换就是错误的：

cons tint A={1,2,3}; 
char* p=const_cast< char*>(A); //不能由const int[]转换为char* 

（3）一个变量被定义为只读变量（常变量），那么它永远是常变量。cosnt_cast取消的是间接引用时的改写限制，而不能改变变量本身的const属性。 如下就是错误的：

int j = const_cast< int> (i);

（4）利用传统的C语言中的强制类型转换也可以将 const type* 类型转换为 type* 类型，或者将 const type& 转换为 type& 类型。但是使用 const_cast 会更好一些，因为 const_cast 写法复杂（提醒程序猿不要轻易转换），转换能力较弱，目的明确，不易出错，易查bug；而C风格的强制类型转换能力太强，风险较大。

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参考资料

[1]陈刚.C++高级进阶教程[M].武汉：武汉大学出版社，2008.