const in C++

const in C++

const 是c++中常用的类型修饰符，但我在工作中发现，许多人使用它仅仅是想当然尔，这样,有时也会用对，但在某些微妙的场合，可就没那么幸运了，究其实质原由，大多因为没有搞清本源。故在本篇中我将对const进行辨析。溯其本源，究其实质，希望能对大家理解const有所帮助，根据思维的承接关系，分为如下几个部分进行阐述。

c++中为什么会引入const

　　c++的提出者当初是基于什么样的目的引入（或者说保留）const关键字呢？，这是一个有趣又有益的话题，对理解const很有帮助。

1． 大家知道，c++有一个类型严格的编译系统，这使得c++程序的错误在编译阶段即可发现许多，从而使得出错率大为减少，因此，也成为了c++与c相比，有着突出优点的一个方面。

2． c中很常见的预处理指令 #define variablename variablevalue 可以很方便地进行值替代，这种值替代至少在三个方面优点突出：

　　一是避免了意义模糊的数字出现，使得程序语义流畅清晰，如下例：
　　#define user_num_max 107 这样就避免了直接使用107带来的困惑。

　　二是可以很方便地进行参数的调整与修改，如上例，当人数由107变为201时，进改动此处即可，

　　三是提高了程序的执行效率，由于使用了预编译器进行值替代，并不需要为这些常量分配存储空间，所以执行的效率较高。

　　鉴于以上的优点，这种预定义指令的使用在程序中随处可见。

3． 说到这里，大家可能会迷惑上述的1点、2点与const有什么关系呢?,好，请接着向下

看来：

　　预处理语句虽然有以上的许多优点，但它有个比较致命的缺点，即，预处理语句仅仅只是简单值替代，缺乏类型的检测机制。这样预处理语句就不能享受c++严格类型检查的好处，从而可能成为引发一系列错误的隐患。

4．好了，第一阶段结论出来了：
结论： const 推出的初始目的，正是为了取代预编译指令，消除它的缺点，同时继承它的优点。

现在它的形式变成了：

const datatype variablename = variablevalue ;
为什么const能很好地取代预定义语句？
const 到底有什么大神通，使它可以振臂一挥取代预定义语句呢？

1． 首先，以const 修饰的常量值，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，它也同样可以避免意义模糊的数字出现，同样可以很方便地进行参数的调整和修改。

3． 第三，c++的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，同时，这也是它取代预定义语句的重要基础。这里，我要提一下，为什么说这一点是也是它能取代预定义语句的基础，这是因为，编译器不会去读存储的内容，如果编译器为const分配了存储空间，它就不能够成为一个编译期间的常量了。

4． 最后，const定义也像一个普通的变量定义一样，它会由编译器对它进行类型的检测，消除了预定义语句的隐患。

const 使用情况分类详析

1.const 用于指针的两种情况分析：
　int const *a; 　file://a可变，*a不可变
　int *const a; 　file://a不可变，*a可变

　　分析：const 是一个左结合的类型修饰符，它与其左侧的类型修饰符和为一个类型修饰符，所以，int const 限定 *a,不限定a。int *const 限定a,不限定*a。

2.const 限定函数的传递值参数：

　void fun(const int var);

　　分析：上述写法限定参数在函数体中不可被改变。由值传递的特点可知，var在函数体中的改变不会影响到函数外部。所以，此限定与函数的使用者无关，仅与函数的编写者有关。
结论：最好在函数的内部进行限定，对外部调用者屏蔽，以免引起困惑。如可改写如下：

void fun(int var){
const int & varalias = var;

varalias ....

.....

}

3.const 限定函数的值型返回值：

const int fun1();

const myclass fun2();

　分析:上述写法限定函数的返回值不可被更新，当函数返回内部的类型时（如fun1），已经是一个数值，当然不可被赋值更新，所以，此时const无意义，最好去掉，以免困惑。当函数返回自定义的类型时（如fun2），这个类型仍然包含可以被赋值的变量成员，所以，此时有意义。

4. 传递与返回地址： 此种情况最为常见，由地址变量的特点可知，适当使用const，意义昭然。

5.　const 限定类的成员函数：

class classname {

　public:

　　int fun() const;

　.....

}

　　注意：采用此种const 后置的形式是一种规定，亦为了不引起混淆。在此函数的声明中和定义中均要使用const,因为const已经成为类型信息的一部分。

获得能力：可以操作常量对象。

失去能力：不能修改类的数据成员，不能在函数中调用其他不是const的函数。

　　在本篇中，const方面的知识我讲的不多，因为我不想把它变成一本c++的教科书。我只是想详细地阐述它的实质和用处. 我会尽量说的很详细，因为我希望在一种很轻松随意的气氛中说出自己的某些想法，毕竟，编程也是轻松，快乐人生的一部分。有时候，你会惊叹这其中的世界原来是如此的精美。

const的用法

关于C++中的const关键字的用法非常灵活，而使用const将大大改善程序的健壮性。

1.        const常量，如const int max = 100;  
优点：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（边际效应）

2.        const 修饰类的数据成员。如：
class A

{

     const int size;

     …

}

const数据成员只在某个对象生存期内是常量，而对于整个类而言却是可变的。因为类可以创建多个对象，不同的对象其const数据成员的值可以不同。所以不能在类声明中初始化const数据成员，因为类的对象未被创建时，编译器不知道const 数据成员的值是什么。如

class A

{

const int size = 100;     //错误

int array[size];          //错误，未知的size

}

const数据成员的初始化只能在类的构造函数的初始化表中进行。要想建立在整个类中都恒定的常量，应该用类中的枚举常量来实现。如

class A

{…

enum {size1=100, size2 = 200 };

int array1[size1];

int array2[size2];

}

枚举常量不会占用对象的存储空间，他们在编译时被全部求值。但是枚举常量的隐含数据类型是整数，其最大值有限，且不能表示浮点数。

3.        const修饰指针的情况，见下式：

int b = 500;
const int* a = &            [1]
int const *a = &            [2]
int* const a = &            [3]
const int* const a = &      [4]

如果你能区分出上述四种情况，那么，恭喜你，你已经迈出了可喜的一步。不知道，也没关系，我们可以参考《Effective c++》Item21上的做法，如果const位于星号的左侧，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位于星号的右侧，const就是修饰指针本身，即指针本身是常量。因此，[1]和[2]的情况相同，都是指针所指向的内容为常量（const放在变量声明符的位置无关），这种情况下不允许对内容进行更改操作，如不能*a = 3 ；[3]为指针本身是常量，而指针所指向的内容不是常量，这种情况下不能对指针本身进行更改操作，如a++是错误的；[4]为指针本身和指向的内容均为常量。

4.      const的初始化

先看一下const变量初始化的情况
1) 非指针const常量初始化的情况：A b;
const A a = b;

2) 指针const常量初始化的情况：

A* d = new A();
const A* c = d;
或者：const A* c = new A();
3）引用const常量初始化的情况：
A f;
const A& e = f;       // 这样作e只能访问声明为const的函数，而不能访问一            

般的成员函数；

     [思考1]： 以下的这种赋值方法正确吗？
     const A* c=new A();
     A* e = c;
     [思考2]： 以下的这种赋值方法正确吗？
     A* const c = new A();
     A* b = c;

5.      另外const 的一些强大的功能在于它在函数声明中的应用。在一个函数声明中，const 可以修饰函数的返回值，或某个参数；对于成员函数，还可以修饰是整个函数。有如下几种情况，以下会逐渐的说明用法：A& operator=(const A& a);
void fun0(const A* a );
void fun1( ) const; // fun1( ) 为类成员函数
const A fun2( );

1） 修饰参数的const，如 void fun0(const A* a ); void fun1(const A& a);
调用函数的时候，用相应的变量初始化const常量，则在函数体中，按照const所修饰的部分进行常量化，如形参为const A* a，则不能对传递进来的指针的内容进行改变，保护了原指针所指向的内容；如形参为const A& a，则不能对传递进来的引用对象进行改变，保护了原对象的属性。
[注意]：参数const通常用于参数为指针或引用的情况，且只能修饰输入参数;若输入参数采用“值传递”方式，由于函数将自动产生临时变量用于复制该参数，该参数本就不需要保护，所以不用const修饰。

[总结]对于非内部数据类型的输入参数，因该将“值传递”的方式改为“const引用传递”，目的是为了提高效率。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)

2）   修饰返回值的const，如const A fun2( ); const A* fun3( );
这样声明了返回值后，const按照"修饰原则"进行修饰，起到相应的保护作用。const Rational operator*(const Rational& lhs, const Rational& rhs)
{
return Rational(lhs.numerator() * rhs.numerator(),
lhs.denominator() * rhs.denominator());
}

返回值用const修饰可以防止允许这样的操作发生:Rational a,b;
Radional c;
(a*b) = c;

一般用const修饰返回值为对象本身（非引用和指针）的情况多用于二目操作符重载函数并产生新对象的时候。
[总结]

1.      一般情况下，函数的返回值为某个对象时，如果将其声明为const时，多用于操作符的重载。通常，不建议用const修饰函数的返回值类型为某个对象或对某个对象引用的情况。原因如下：如果返回值为某个对象为const（const A test = A 实例）或某个对象的引用为const（const A& test = A实例） ，则返回值具有const属性，则返回实例只能访问类A中的公有（保护）数据成员和const成员函数，并且不允许对其进行赋值操作，这在一般情况下很少用到。

2.        如果给采用“指针传递”方式的函数返回值加const修饰，那么函数返回值（即指针）的内容不能被修改，该返回值只能被赋给加const 修饰的同类型指针。如：

const char * GetString(void);

如下语句将出现编译错误：

char *str=GetString();

正确的用法是：

const char *str=GetString();

3.      函数返回值采用“引用传递”的场合不多，这种方式一般只出现在类的赙值函数中，目的是为了实现链式表达。如：

class A

{…

A &operate = (const A &other);   //负值函数

}
A a,b,c;               //a,b,c为A的对象

…

a=b=c;             //正常

(a=b)=c;           //不正常，但是合法

若负值函数的返回值加const修饰，那么该返回值的内容不允许修改，上例中a=b=c依然正确。(a=b)=c就不正确了。
[思考3]： 这样定义赋值操作符重载函数可以吗？
const A& operator=(const A& a);

6.      类成员函数中const的使用
一般放在函数体后，形如：void fun() const;
任何不会修改数据成员的函数都因该声明为const类型。如果在编写const成员函数时，不慎修改了数据成员，或者调用了其他非const成员函数，编译器将报错，这大大提高了程序的健壮性。如：

class Stack

{

public:

       void Push(int elem);

       int Pop(void);

       int GetCount(void) const;    //const 成员函数

private:

       int m_num;

       int m_data[100];

};

int Stack::GetCount(void) const

{

   ++m_num;               //编译错误，企图修改数据成员m_num

   Pop();                     //编译错误，企图调用非const函数

   Return m_num;

}

7.        使用const的一些建议

1 要大胆的使用const，这将给你带来无尽的益处，但前提是你必须搞清楚原委；
2 要避免最一般的赋值操作错误，如将const变量赋值，具体可见思考题；
3 在参数中使用const应该使用引用或指针，而不是一般的对象实例，原因同上；
4 const在成员函数中的三种用法（参数、返回值、函数）要很好的使用；
5 不要轻易的将函数的返回值类型定为const;
6除了重载操作符外一般不要将返回值类型定为对某个对象的const引用;

[思考题答案]
1 这种方法不正确，因为声明指针的目的是为了对其指向的内容进行改变，而声明的指针e指向的是一个常量，所以不正确；
2 这种方法正确，因为声明指针所指向的内容可变；
3 这种做法不正确；
在const A::operator=(const A& a)中，参数列表中的const的用法正确，而当这样连续赋值的时侯，问题就出现了：
A a,b,c:
(a=b)=c;
因为a.operator=(b)的返回值是对a的const引用，不能再将c赋值给const常量。