const的那些事

在我们使用c/c++的时候,或者在面试的时候,会被问道与const相关的问题,比如const修饰放在指针的哪个位置,const修饰的引用传递与值传递等等,这些究竟是什么个情况,本节就是专门来解决const的疑难杂症,干掉const,offer拿到手软!

1.const含义

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。

2.const作用

(1)可以定义常量

const int a=100;

(2)类型检查

const常量与#define宏定义常量的区别:const常量具有类型,编译器可以进行安全检查;#define宏定义没有数据类型,只是简单的字符串替换,不能进行安全检查。

(3)防止修改,起保护作用,增加程序健壮性

void f(const int i){
    i++; //error!
}

(4)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,而不是像#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。

3.const对象默认为文件局部变量

注意:非const变量默认为extern。要使const变量能够在其他文件中访问,必须在文件中显式地指定它为extern。

未被const修饰的变量在不同文件的访问

// file1.cpp
int ext
// file2.cpp
#include<iostream>
/**
 * by 光城
 * compile: g++ -o file file2.cpp file1.cpp
 * execute: ./file
 */
extern int ext;
int main(){
    std::cout<<(ext+10)<<std::endl;
}

const常量在不同文件的访问

//extern_file1.cpp
extern const int ext=12;
//extern_file2.cpp
#include<iostream>
/**
 * by 光城
 * compile: g++ -o file const_file2.cpp const_file1.cpp
 * execute: ./file
 */
extern const int ext;
int main(){
    std::cout<<ext<<std::endl;
}

小结:可以发现未被const修饰的变量不需要extern显示声明!而const常量需要显示声明extern,并且需要做初始化!因为常量在定义后就不能被修改,所以定义时必须初始化。

4.定义常量

const int b = 10;
b = 0; // error: assignment of read-only variable ‘b’
const string s = "helloworld";
const int i,j=0 // error: uninitialized const ‘i’

上述有两个错误,第一:b为常量,不可更改!第二:i为常量,必须进行初始化!(因为常量在定义后就不能被修改,所以定义时必须初始化。)

5.指针与const

与指针相关的const有四种:

const char * a; //指向const对象的指针或者说指向常量的指针。
char const * a; //同上
char * const a; //指向类型对象的const指针。或者说常指针、const指针。
const char * const a; //指向const对象的const指针。

小结:如果const位于*的左侧,则const就是用来修饰指针所指向的变量,即指针指向为常量;如果const位于*的右侧,const就是修饰指针本身,即指针本身是常量。

具体使用如下:

(1)指向常量的指针

const int *ptr;
*ptr = 10; //error

ptr是一个指向int类型const对象的指针,const定义的是int类型,也就是ptr所指向的对象类型,而不是ptr本身,所以ptr可以不用赋初始值。但是不能通过ptr去修改所指对象的值。

除此之外,也不能使用void*指针保存const对象的地址,必须使用const void*类型的指针保存const对象的地址。

const int p = 10;
const void * vp = &p;
void *vp = &p; //error

另外一个重点是:允许把非const对象的地址赋给指向const对象的指针

将非const对象的地址赋给const对象的指针:

const int *ptr;
int val = 3;
ptr = &val; //ok

我们不能通过ptr指针来修改val的值,即使它指向的是非const对象!

我们不能使用指向const对象的指针修改基础对象,然而如果该指针指向了非const对象,可用其他方式修改其所指的对象。可以修改const指针所指向的值的,但是不能通过const对象指针来进行而已!如下修改:

int *ptr1 = &val;
*ptr1=4;
cout<<*ptr<<endl;

小结:对于指向常量的指针,不能通过指针来修改对象的值。 也不能使用void`*`指针保存const对象的地址,必须使用const void`*`类型的指针保存const对象的地址。 允许把非const对象的地址赋值给const对象的指针,如果要修改指针所指向的对象值,必须通过其他方式修改,不能直接通过当前指针直接修改。

(2)常指针

const指针必须进行初始化,且const指针的值不能修改。

#include<iostream>
using namespace std;
int main(){

    int num=0;
    int * const ptr=&num; //const指针必须初始化!且const指针的值不能修改
    int * t = &num;
    *t = 1;
    cout<<*ptr<<endl;
}

上述修改ptr指针所指向的值,可以通过非const指针来修改。

最后,当把一个const常量的地址赋值给ptr时候,由于ptr指向的是一个变量,而不是const常量,所以会报错,出现:const int* -> int *错误!

#include<iostream>
using namespace std;
int main(){
    const int num=0;
    int * const ptr=&num; //error! const int* -> int*
    cout<<*ptr<<endl;
}

上述若改为 const int *ptr或者改为const int *const ptr,都可以正常!

(3)指向常量的常指针

理解完前两种情况,下面这个情况就比较好理解了:

const int p = 3;
const int * const ptr = &p; 

ptr是一个const指针,然后指向了一个int 类型的const对象。

6.函数中使用const

cost修饰函数返回值

这个跟const修饰普通变量以及指针的含义基本相同:

(1)const int

const int func1();

这个本身无意义,因为参数返回本身就是赋值给其他的变量!

(2)const int*

const int* func2();

指针指向的内容不变。

(3)int *const

int *const func2();

指针本身不可变。

const修饰函数参数

(1)传递过来的参数及指针本身在函数内不可变,无意义!

void func(const int var); // 传递过来的参数不可变
void func(int *const var); // 指针本身不可变

表明参数在函数体内不能被修改,但此处没有任何意义,var本身就是形参,在函数内不会改变。包括传入的形参是指针也是一样。

输入参数采用“值传递”,由于函数将自动产生临时变量用于复制该参数,该输入参数本来就无需保护,所以不要加const 修饰。

(2)参数指针所指内容为常量不可变

void StringCopy(char *dst, const char *src);

其中src 是输入参数,dst 是输出参数。给src加上const修饰后,如果函数体内的语句试图改动src的内容,编译器将指出错误。这就是加了const的作用之一。

(3)参数为引用,为了增加效率同时防止修改。

void func(const A &a)

对于非内部数据类型的参数而言,象void func(A a) 这样声明的函数注定效率比较底。因为函数体内将产生A 类型

的临时对象用于复制参数a,而临时对象的构造、复制、析构过程都将消耗时间。

为了提高效率,可以将函数声明改为void func(A &a),因为“引用传递”仅借用一下参数的别名而已,不需要产生临

时对象。但是函数void func(A &a) 存在一个缺点:

“引用传递”有可能改变参数a,这是我们不期望的。解决这个问题很容易,加const修饰即可,因此函数最终成为

void func(const A &a)。

以此类推,是否应将void func(int x) 改写为void func(const int &x),以便提高效率?完全没有必要,因为内部数

据类型的参数不存在构造、析构的过程,而复制也非常快,“值传递”和“引用传递”的效率几乎相当。

小结:对于非内部数据类型的输入参数,应该将“值传递”的方式改为“const 引用传递”,目的是提高效率。例如将void func(A a) 改为void func(const A &a)。 对于内部数据类型的输入参数,不要将“值传递”的方式改为“const 引用传递”。否则既达不到提高效率的目的,又降低了函数的可理解性。例如void func(int x) 不应该改为void func(const int &x)。

以上解决了两个面试问题:

(1)如果函数需要传入一个指针,是否需要为该指针加上const,把const加在指针不同的位置有什么区别;

(2)如果写的函数需要传入的参数是一个复杂类型的实例,传入值参数或者引用参数有什么区别,什么时候需要为传入的引用参数加上const。

7.类中使用const

在一个类中,任何不会修改数据成员的函数都应该声明为const类型。如果在编写const成员函数时,不慎修改

数据成员,或者调用了其它非const成员函数,编译器将指出错误,这无疑会提高程序的健壮性。使用const关

字进行说明的成员函数,称为常成员函数。只有常成员函数才有资格操作常量或常对象,没有使用const关键字

明的成员函数不能用来操作常对象。

对于类中的const成员变量必须通过初始化列表进行初始化,如下所示:

class Apple
{
private:
    int people[100];
public:
    Apple(int i); 
    const int apple_number;
};

Apple::Apple(int i):apple_number(i)
{

}

const对象只能访问const成员函数,而非const对象可以访问任意的成员函数,包括const成员函数.

例如:

//apple.cpp
class Apple
{
private:
    int people[100];
public:
    Apple(int i); 
    const int apple_number;
    void take(int num) const;
    int add(int num);
    int add(int num) const;
    int getCount() const;

};
//main.cpp
#include<iostream>
#include"apple.cpp"
using namespace std;

Apple::Apple(int i):apple_number(i)
{

}
int Apple::add(int num){
    take(num);
}
int Apple::add(int num) const{
    take(num);
}
void Apple::take(int num) const
{
    cout<<"take func "<<num<<endl;
}
int Apple::getCount() const
{
    take(1);
//    add(); //error
    return apple_number;
}
int main(){
    Apple a(2);
    cout<<a.getCount()<<endl;
    a.add(10);
    const Apple b(3);
    b.add(100);
    return 0;
}
//编译:g++ -o main main.cpp apple.cpp
//结果
take func 1
2
take func 10
take func 100

上面getCount()方法中调用了一个add方法,而add方法并非const修饰,所以运行报错。也就是说const对象只能访问const成员函数。

而add方法又调用了const修饰的take方法,证明了非const对象可以访问任意的成员函数,包括const成员函数。

除此之外,我们也看到add的一个重载函数,也输出了两个结果,说明const对象默认调用const成员函数。

我们除了上述的初始化const常量用初始化列表方式外,也可以通过下面方法:

第一:将常量定义与static结合,也就是:

static const int apple_number

第二:在外面初始化:

const int Apple::apple_number=10;

当然,如果你使用c++11进行编译,直接可以在定义出初始化,可以直接写成:

static const int apple_number=10;
或者
const int apple_number=10;

这两种都在c++11中支持!

编译的时候加上-std=c++11即可!

这里提到了static,下面简单的说一下:

在C++中,static静态成员变量不能在类的内部初始化。在类的内部只是声明,定义必须在类定义体的外部,通常在类的实现文件中初始化。

在类中声明:

static int ap;

在类实现文件中使用:

int Apple::ap=666

对于此项,c++11不能进行声明并初始化,也就是上述使用方法。

本文分享自微信公众号 - 光城(guangcity),作者:lightcity

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原始发表时间:2019-07-14

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