const分别在C和C++语言里的含义和实现机制

Posted 2020-06-25

const的含义

       简单地说:const在c语言中表示只读的变量,而在c++语言中表示常量.

C语言

const是constant的缩写,是恒定不变的意思,也翻译为常量,但是很多人都认为被const修饰的值都是常量,其实这是不精确的.因为,精确来说应该是只读的变量,其值在编译的时候不能被使用,因为编译器在编译的时候不知道其存储的内容.或许当初这个关键字应该被替换为readonly.

C语言中const定义的变量只是给出了对应的内存地址,而不是像#define一样给出的是立即数,所以,const定义的只读变量在程序运行过程中只有一个备份(因为它是全局的只读变量,存放在静态区),而#define定义的宏变量在内存中有若干个备份.

c++语言:

const是C++中常用的类型修饰符,常类型是指使用类型修饰符const说明的类型,常类型的变量或对象的值是不能被更新的.

         C++引入const的初始目的是为了取代预编译指令,消除他的缺点,同时继承它的优点.<缺点:只是简单值和代码的替代,缺乏类型的检测机制,安全性不好;优点有三:1.避免意义模糊的数字出现,清晰程序语义2.方便参数的调整和修改,3.提高程序执行效率,因为不需要为常量分配空间>

问题出来了:为什么const能取代预定义语句?

1.   首先,以const修饰的变量和对象具有不可变性,这是它能取代预定义语句的基础.

2.   第二,很明显,它同样能避免意义模糊的数字定义,也可以方便地进行参数的调整与修改.

3.   第三,c++编译器通常不为普通const常量(普通是指内置类型,不包括结构体等类型)分配存储空间,只是把它们保存在符号表中(注意:c语言中则会为const变量分配存储空间),这使得它们成为了编译期间的常量,没有了存储和读内存的操作,使得它的效率非常高,同时,也是它能取代预定义语句的重要基础.

4.   最后,const定义也能像普通的变量定义一样,它会由编译器对它进行类型的安全检查,消除了预定义语句带来的安全隐患.

我们使用一张表来总结const的作用:

No.	作用	说明	参考代码
1	可以定义const常量		const int Max = 100;
2	便于进行类型检查	const常量有数据类型，而宏常量没有数据类型。编译器可以对前者进行类型安全检查，而对后者只进行字符替换，没有类型安全检查，并且在字符替换时可能会产生意料不到的错误	void f(const int i) { .........}       //对传入的参数进行类型检查，不匹配进行提示
3	可以保护被修饰的东西	防止意外的修改，增强程序的健壮性。	void f(const int i) { i=10;//error! }       //如果在函数体内修改了i，编译器就会报错
4	可以很方便地进行参数的调整和修改	同宏定义一样，可以做到不变则已，一变都变
5	为函数重载提供了一个参考		class A {            ......   void f(int i)       {......} //一个函数   void f(int i) const {......} //上一个函数的重载            ...... };
6	可以节省空间，避免不必要的内存分配	const定义常量从汇编的角度来看，只是给出了对应的内存地址，而不是象#define一样给出的是立即数，所以，const定义的常量在程序运行过程中只有一份拷贝，而#define定义的常量在内存中有若干个拷贝	#define PI 3.14159         //常量宏 const doulbe  Pi=3.14159;  //此时并未将Pi放入ROM中               ...... double i=Pi;   //此时为Pi分配内存，以后不再分配！ double I=PI;  //编译期间进行宏替换，分配内存 double j=Pi;  //没有内存分配 double J=PI;  //再进行宏替换，又一次分配内存！
7	提高了效率	编译器通常不为普通const常量分配存储空间，而是将它们保存在符号表中，这使得它成为一个编译期间的常量，没有了存储与读内存的操作，使得它的效率也很高

 

const的实现机制

const究竟是如何实现的呢？对于声明为const的内置类型，例如int，short，long等等，编译器会如何实现const的本意？那么对于非内置类型是否也是与内置数据类型一样处理呢，例如对于结构体类型则会怎样处理呢？下面通过几个小例子来说明这些问题： 
C语言const示例： 

const int i=10; 
int *p=(int *)(&i); 
*p=20; 
printf("i=%d *p=%d \n",i,*p); 

猜一猜输出结果是什么？ i=20 *p=20 
C++语言const示例1： 

const int i=10; 
int *p=const_cast<int *>(&i); 
*p=20; 

cout<<"i="<<i<<"*p="<<*p<<endl; 

输出结果是 i=10 *p=20 
C++语言const示例2： 

struct test{ 
int j; 
char tmp; 
test() 
{ 
j=30; 
tmp=‘a‘; 
} 
}; 
int main(int argc, char* argv[]) 
{ 
const struct test t1; 
int *q=(int *)(&t1.j); 
*q=40; 
cout<<"j="<<t1.j<<"*q="<<*q<<endl; 
return 0; 
} 

输出结果是 j=40 *q=40 

示例结果分析 
看到上面三组输出结果，我们可以分析两个问题：

问题1:C语言和C++语言中的const究竟表示什么?

问题2:const的实现机制究竟是怎样的?

 
问题1，对于const int类型的变量i，C语言中通过指针p修改了值后，i变成了20；而在C++中，通过指针p修改了值后，i仍然是10。 
问题2，C++语言中 const struct test的元素j通过指针q被改变了，为何const int 与 const struct test的反应机制不同？ 

针对问题1，我们知道C语言中const表示只读的变量，既然把const看成是变量，那么其在内存中就会有存储他的空间，并且可以通过指针间接的改变该内存空间的值，当通过指针p改变该内存中的值后，再获取i的值的时候，会访问该空间，得到的是被改变后的值。而C++把const看做常量，编译器会使用常数直接替换掉对i的引用，例如cout<<i; 会理解成cout<<10; 并不会去访问i的内存地址去取数据，这里有点像是C语言里的宏#define i 10。因此C++里i会输出10，而*p会输出20. 

针对问题2，C++语言中只是对于内置数据类型做常数替换，而对于像结构体这样的非内置数据类型则不会。因为结构体类型不是内置数据类型，编译器不知道如何直接替换，因此必须要访问内存去取数据，而访问内存去取数据必然会取到被指针q改变后的值，因此会造成与C++中const int类型完全不一样的处理模式。 

参考文章：http://blog.csdn.net/chenhuajie123/article/details/9221149