• 转载----C/C++ 中 const 修饰符用法总结


    感谢原创作者,写的好详细。不忍错过,所以转载过来了。。。

    原文地址:

    https://www.cnblogs.com/icemoon1987/p/3320326.html

    在这篇文章中,我总结了一些C/C++语言中的 const 修饰符的常见用法,供大家参考。 const 的用法,也是技术性面试中常见的基础问题,希望能够帮大家梳理一下知识,给大家一点点帮助。作者是菜鸟一枚,难免出错,还望各位大牛不吝赐教。

      首先,来看看const的基本含义。在 C/C++ 语言中,const关键字是一种修饰符。所谓“修饰符”,就是在编译器进行编译的过程中,给编译器一些“要求”或“提示”,但修饰符本身,并不产生任何实际代码。就 const 修饰符而言,它用来告诉编译器,被修饰的这些东西,具有“只读”的特点。在编译的过程中,一旦我们的代码试图去改变这些东西,编译器就应该给出错误提示。

      所以,const修饰符的作用主要是利用编译器帮助我们检查自己代码的正确性。我们使用const在源码中标示出“不应该改变”的地方,然后利用编译器,帮助我们检查这些地方是否真的没有被改变过。如果我们不小心去修改了这些地方,编译器就会报错,从而帮助我们纠正错误。使用const和不使用const,对于最终编译产生的代码并没有影响。

      虽然const对于最终代码没有影响,但是尽可能使用const,将帮助我们避免很多错误,提高程序正确率。

      在C/C++中,常见 const 用法有以下几种:

    一、const 变量

      const 变量指的是,此变量的值是只读的,不应该被改变。

    • 如果我们在程序中试图修改 const 变量的值,在编译的时候,编译器将给出错误提示。
    • 正因为 const 变量的值在给定以后不能改变,所以 const 变量必须被初始化。(如果不初始化,之后还怎么赋值呢?)如果我们不初始化 const 变量,编译时也会有错误提示。
    const int debugLevel = 10;
    const int logLevel;                // 编译错误:未初始化const变量(这个错误是否提示,和所用的编译器有关)
    
    debugLevel = 5;                    // 编译错误:给只读变量赋值

      在C++中,const 全局变量被用来替换一般常量宏定义。因为虽然 const 变量的值不能改变,但是依然是变量,使用时依然会进行类型检查,要比宏定义的直接替换方法更严格一些(下文还会讨论这个问题)。

      结构体变量也是一种变量,const 结构体变量是什么含义呢?

    复制代码
     1 struct debugInfo
     2 {
     3     int debugLevel;
     4     int line;
     5 };
     6 
     7 int main( int argc, char *argv[])
     8 {
     9     const struct debugInfo debug_const1;  // 编译错误:未初始化只读变量(与编译器实现有关)
    10     
    11     struct debugInfo debug_not_const;
    12 
    13     debug_not_const.debugLevel = 10;
    14     debug_not_const.line = 5;
    15 
    16     const struct debugInfo debug_const2 = debug_not_const;
    17 
    18     debug_const2.debugLevel = 10;  // 编译错误:不允许修改只读变量
    19     debug_const2.line = 2;         // 编译错误:不允许修改只读变量
    20 
    21     return 0;
    22 }
    复制代码

      在C中,const 结构体变量表示结构体中任何数据域均不允许改变,且需要另一个结构体变量进行初始化。在C++中,struct与class除了默认访问权限之外,并无本质区别。在下一节进行讨论。

    二、const 类对象

       const类对象指的是,此类对象不应该被改变。

    • const 类对象与 const 变量并无实质不同,只在于类对象的 “改变” 定义。
    • 类对象的 “改变” 定义:改变任何成员变量的值,调用任何非const成员函数
    复制代码
    class CDebugModule
    {
        public:
            CDebugModule() {};
            ~CDebugModule() {};
        public:
            int m_debugLevel;
    
        public:
            void SetDebugLevel(int debugLevel) { m_debugLevel = debugLevel;};
            void PrintDebugLevel(void) { cout << m_debugLevel;};
            void PrintDebugLevel_const(void) const { cout << m_debugLevel;};   // const 类成员函数
    };
    
    int main( int argc, char *argv[])
    {
        const CDebugModule debug;
    
        debug.m_debugLevel = 10;       // 编译出错:不能直接改变成员变量
        debug.SetDebugLevel(20);       // 编译出错:不能通过成员函数改变成员变量
        debug.PrintDebugLevel();       // 编译出错:不能调用非 const 成员函数
        debug.PrintDebugLevel_const(); // 正常
    
        return 0;
    }
    复制代码

      不能改变 const 类对象的任何成员变量,这一点比较好理解,因为 const 本身就带有不可改变变量取值(内部状态)的含义。为何const 类成员不能调用非const成员函数呢?我们将在 第九节“const 成员函数” 进行探讨。在C++中,struct和class没有明显差别,不再赘述。

    三、指向 const 变量的指针

      指向 const 变量的指针,指的是一个指针,其中保存着一个 const 变量的地址。

    • 由于指针指向一个 const 变量,所以通过指针,不能修改这个 const 变量的值。
    • 虽然指针指向的值不能改变,但是指针的指向可以改变。
    复制代码
    const int debugLevel = 10;
    const int logLevel = 10;
    
    const int *p = &debugLevel;
    p = &logLevel;    // 正常,指针的指向可以改变
    
    *p = 10;          // 编译错误,指针指向的位置是只读的
    复制代码

      

      在 *p = 10, 这一句,编译器是通过“指针的类型”(const int *)还是通过其“指向变量的类型”(const int )来判断只读的呢?我们可以通过下面这个小程序来求证一下:

    复制代码
     1 const int debugLevel = 10;        // const 变量
     2 int logLevel = 10;                // 普通变量
     3 
     4 const int *p;
     5 int *q;
     6 
     7 p = &logLevel;                    // 我们让指向 const 变量的指针指向一个普通变量
     8 q = (int*)&debugLevel;            // 让指向普通变量的指针,指向一个 const 变量
     9 
    10 *q = 5;  // 编译正常
    11 *p = 5;  // 编译出错:位置为只读
    复制代码

      通过10、11行程序的编译结果,我们可以看出,如果指针的类型为“指向const变量的指针”,即使其指向的内容是非const变量,也无法通过这个指针改变数据内容。反之,如果指针的类型是“指向非const变量的指针”,即使指向的是const变量,也可以通过这个指针改变const变量的内容(稍后讨论这一点)。所以,编译器是通过 “指针的类型” 来判断是否只读的。

      说到这点,我觉得可以这么解释。因为我们没有使用面向对象编程,也就不具备动态判断对象具体类型的能力。所以,编译器只能够静态地判断对象的类型。这样,编译器就只能识别出指针的类型,而不清楚指针指向的内容的具体类型了。当然也就只能通过指针类型来判断内容是否只读了。

      在上面,我们通过指针,“改变”了const变量的内容,如果我们在上边的程序中添加上输出,会是什么结果?

    12 printf("debugLevel = %d
    ", debugLevel);
    13 printf("*q = %d
    ", *q);
    
    14 printf("debugLevel address = %x
    ", &debugLevel);
    15 printf("q = %x
    ", q);

       从上边的说明,我们可以想象,debugLevel的值,被我们通过指针改变了,所以输出应该是:

    debugLevel = 5
    *q = 5
    debugLevel address = 0xbfaff718
    q = 0xbfaff718

      但是,事实上,这个结果是不确定的!跟您所用的编译器和优化级别有关。我在g++ 4.1.2上,编译运行得出了以下结果:

    debugLevel = 10                     // 直接打印可以发现,const 变量的值未改变 !
    *q = 5                              // 通过指针访问,发现 const 变量的值改变了!
    debugLevel address = 0xa6a65318
    q = 0xa6a65318                      // 指针的指向并没有错误

       乍一看,好像同一个地址的东西,采用变量名访问和采用指针访问,得到的结果竟然不一样。其实,之所以产生这种结果,是由于在编译器变异的过程中,对 const 变量的访问进行了优化。编译器将 const 变量直接替换为对应的内容。也就是说,在编译的过程中 :

    printf("debugLevel = %d
    ", debugLevel);

     这个语句,被直接替换成了:

    printf("debugLevel = %d
    ", 10);

     所以,才产生了上边的现象。当然,这种替换不一定会发生,跟编译器和优化等级相关。

      上文已经提到了,C++建议使用 const 全局变量来替换一般常量的宏定义。通过这个例子可以看出,使用 const 全局变量之后,由于编译器会替换其为具体内容,所以在程序实际运行中,并不会产生一次变量访问,也就使得 const 全局变量和宏定义具有相同的执行效率。同时,使用 const 全局变量,可以让编译器帮助我们进行变量类型检查,提高正确率。

      指针也是变量的一种,所以自然有 const 类型指针。

    四、const 指针

      const指针指的是,一个指针本身经过 const 修饰,自身内容(指针指向)不应该发生改变。

    • 指针的指向一经确定,不能改变。指针指向的内容,可以改变。
    复制代码
    int logLevel = 10;
    int logId = 0;
    
    int * const p = &logLevel;
    int * const q;               // 编译错误,未初始化 const 变量(这个错误是否报告,和所用的编译器有关)
    
    *p = 5;                     // 正常,const指针指向内容可以改变
    p = &logId                  // 编译错误,const指针自身内容(指向)不能改变
    复制代码

      指针也是一种变量,只不过其内容保存的是地址而已。所以const指针的内容不能改变,也即是它的指向不能改变。

      const指针和指向const变量的指针,在写法上容易使人混淆。给大家介绍一种我自己用着比较顺手的区分方法:从右向左,依次结合,const就近结合。

      比如,int * const p 可以这样进行解读:

      1、int * ( const p ):变量p 经过 const 修饰,为只读变量。

      2、int (* (const p)):(const p 现在作为一个整体) 只读变量p是一个指针。

      3、(int (* (const p))):(同样的 * const p 作为一个整体) 这个只读的指针p,指向一个int型变量。

      于是,可以区分出 int * const p 是一个指向 int 型的const指针。

      再比如,const int * p 可以这样解读:

      1、const int (* p):变量p是一个指针。

      2、(const int) (* p):(const与就近的 int 结合)这个指针指向 const int 型变量。

      所以,const int * p 是一个指向 const 整形变量的指针。

      采用这个方法,相信大家可以自己分辨 int const * p的含义了。

      值得注意的是,有的编译器对重复的 const 不会报错!所以允许像 const int const *p; 这种写法。在分析这种“错误”的写法时,只要把重复修饰的const忽略即可。

    五、指向 const 变量的 const 指针

      这种情况是 const 指针和 指向 const 变量的指针的结合,相信大家已经能够自己分析,不再赘述。

    六、const 变量作为函数参数

      在函数调用的过程中,函数的参数是建立在函数的栈上的变量。既然是变量,就可以通过 const 进行修饰。

    • 将函数参数声明为 const 类型,表示对于函数来说,这个参数是一个 const 变量。也就是说,函数内部不能够改变这个参数的值。
    • 将函数参数是一个指针,把它声明为 “指向 const 变量的指针” ,允许上层使用 ”指向 const 变量的指针“ 或 普通指针 作为参数,调用函数。(如果参数声明的是普通指针,则不允许使用 指向 const 变量的指针 作为参数调用)(与编译器有关)
    复制代码
     1 // 接收一个int变量,并在函数内部,认为它是只读的
     2 void OutputInt_const( const int a )
     3 {
     4     a = 5;  // 编译错误:不允许修改只读变量
     5     printf("a = %d
    ", a);
     6 }
     7 
     8 // 接收一个int变量,在函数内部,认为它是普通的
     9 void OutputInt_not_const( int a )
    10 {
    11     a = 5;  // 正常
    12     printf("a = %d
    ", a);
    13 }
    14 
    15 // 接收一个 指向const型整形数的指针
    16 void OutputInt_p_const( const int *a )
    17 {
    18     *a = 5;  // 编译错误:
    19     printf("*a = %d
    ", *a);
    20 }
    21 
    22 // 接收一个普通指针
    23 void OutputInt_p_not_const( int *a )
    24 {
    25     *a = 5;
    26     printf("*a = %d
    ", *a);
    27 }
    28 
    29 // 主函数
    30 int main( int argc, char *argv[])
    31 {
    32     int logLevel = 10;
    33     const int debugLevel = 5;
    34 
    35     OutputInt_const(logLevel);              
    36     OutputInt_const(debugLevel);         
    37 
    38     OutputInt_not_const(logLevel);       
    39     OutputInt_not_const(debugLevel);  
    40 
    41     OutputInt_p_const(&logLevel);
    42     OutputInt_p_const(&debugLevel);
    43 
    44     OutputInt_p_not_const(&logLevel);
    45     OutputInt_p_not_const(&debugLevel);    // 编译错误:从 const int * 到 int * 转换失败(与编译器有关)
    46 
    47     return 0;
    48 }
    复制代码

      为什么对于指针参数的要求特殊?其实我们可以仔细想一下 const 在修饰参数时的作用。

      首先,函数参数是函数内部可见的一个变量。在const 修饰函数参数时,仅仅表示此函数内部对于这个变量的限制。对于传进来的参数,在外边究竟是什么样子的,函数内部并不关心。所以,函数 void OutputInt_const( const int a ) 并不会在意传入的参数在main函数中是否是只读的。它只会在函数内部,将入参当作只读变量处理。

      既然 const 修饰函数参数时,不会限制入参是否为只读,为什么 OutputInt_p_not_const( int *a ) 和 OutputInt_p_const( const int *a ) 的调用方式有区别呢(见44、45行)?

      其实答案很简单,const 在此处并不是修饰函数参数的!此处的 const ,与 int * 组合,描述了参数的一种类型。OutputInt_p_const函数要求的参数是:指向只读整形的指针。所以,只要调用时传入的参数不是一个指向只读整形数的指针,就会发生类型不匹配。在示例41行的调用中,使用一个 int * 来调用 OutputInt_p_const 函数,发生类型不匹配,但是 int * 可以隐式转换为 const int *,所以此处调用可以成功。但在45行中,采用 const int * 来调用需要 int * 的 OutputInt_p_not_const 函数,发生类型不匹配, const int * 不能够隐式转换为 int *,所以此处调用失败。

      为什么 int * 可以隐式转换为 const int *,但是反向就不可以呢?相信各位读者已经想到了。隐式转换不放宽对于变量的要求,而 const 型的变量显然比非 const 型变量要求严格,所以不能由 const int * 转为 int *。

    七、const 返回值

      const 型的返回值,指的是函数的返回值为一个 const 变量。

    • 函数返回const返回值,主要用于函数返回const引用。
    复制代码
     1 #include <string>
     2 
     3 using namespace std;
     4 
     5 // 返回 const 引用的函数
     6 const string& SetVersion_const(string & versionInfo)
     7 {
     8     versionInfo = "V0.0.3";
     9     return versionInfo;
    10 }
    11 
    12 // 返回普通引用的函数
    13 string& SetVersion_not_const(string & versionInfo)
    14 {
    15     versionInfo = "V0.0.3";
    16     return versionInfo;
    17 }
    18 
    19 // 主函数
    20 int main( int argc, char *argv[])
    21 {
    22     string versionInfo;
    23 
    24     SetVersion_const(versionInfo) = "V0.0.5";      // 编译错误,返回的引用为 const 引用,不允许修改。
    25  
    26     SetVersion_not_const(versionInfo) = "V0.0.5";  // 正常,返回的引用为普通引用,可以修改内容。
    27     
    28     return 0;
    29 }
    复制代码

      引用是一个对象的别名,相当于 const 指针,其指向一经确定,就不能改变了。而 const 引用,则相当于指向 const 变量的 const 指针,其指向和指向的内容均不允许改变。所以在函数返回 const 引用时,不能够通过函数返回的引用对实际对象进行任何修改,即便对象本身不是 const 的。在本例中,versionInfo 在 main 函数中不是const的。SetVersion_const 函数返回了一个指向 versionInfo 的 const 引用,不能通过此引用,对 versionInfo 进行修改。

      为什么会出现这种现象?相信大家都能理解了。请参考 指向 const 变量指针 的相关内容。

      

    八、const 成员变量

      const 成员变量指的是类中的成员变量为只读,不能够被修改(包括在类外部和类内部)。

    • const 成员变量必须被初始化(在相关构造函数的初始化列表中),初始化后,不能够被修改
    • 静态 const 成员变量需要在类外部单独定义并初始化(可定义在头文件)
    复制代码
     1 class CDebugModule
     2 {
     3 public:
     4     CDebugModule();
     5     ~CDebugModule();
     6 
     7 public:
     8     const int m_debugLevel;
     9     static const int m_debugInfo;
    10 
    11 };
    12 
    13 const int CDebugModule::m_debugInfo = 1;  // 静态常量成员需要在类外进行单独定义和初始化
    14 
    15 CDebugModule::CDebugModule()
    16     : m_debugLevel(10)  // const 成员在构造函数初始化列表中初始化
    17 {
    18 }
    19 
    20 CDebugModule::~CDebugModule()
    21 {
    22 }
    23 
    24 int main(int argc, char *argv[])
    25 {
    26     CDebugModule debugModule;
    27 
    28     debugModule.m_debugLevel = 10;  // 编译错误,不能改变只读成员
    29     CDebugModule::m_debugInfo = 10; // 编译错误,不能改变只读成员
    30 
    31     return 0;
    32 }
    复制代码

      类对象的实例化过程可以理解为包含以下步骤:首先,开辟整个类对象的内存空间。之后,根据类成员情况,分配各个成员变量的内存空间,并通过构造函数的初始化列表进行初始化。最后,执行构造函数中的代码。由于 const 成员变量必须在定义(分配内存空间)时,就进行初始化。所以需要在够在函数的初始化列表中初始化。const成员在初始化之后,其值就不允许改变了,即便在构造内部也是不允许的。

      静态成员变量并不属于某个类对象,而是整个类共有的。静态成员变量可以不依附于某个实例化后的类对象进行访问。那么,静态成员变量的值,应该在任何实例化操作之前,就能够进行改变(否则,只有实例化至少一个对象,才能访问静态成员)。所以,静态成员变量不能够由构造函数进行内存分配,而应该在类外部单独定义,在实例化任何对象之前,就开辟好空间。又由于 const 成员变量 必须初始化,所以静态成员变量必须在定义的时候就初始化。

     九、const 成员函数

       const成员函数指的是,此函数不应该修改任何成员变量。

    • 传给const成员函数的this指针,是指向 const 对象 的 const 指针
    • const成员函数,不能够修改任何成员变量,除非成员变量被 mutable 修饰符修饰
    复制代码
     1 class CDebugModule
     2 {
     3 public:
     4     CDebugModule() {};
     5     ~CDebugModule();
     6 
     7 public:
     8     int m_debugLevel_not_mutable;        // 不带 mutable 修饰的成员变量
     9     mutable int m_debugLevel_mutable;    // 带 mutable 修饰的成员变量
    10 
    11 public:
    12     void SetDebugLevel_not_const(int debugLevel);   // 非 const 成员函数
    13     void SetDebugLevel_const(int debugLevel) const; // const 成员函数
    14 };
    15  
    16 void CDebugModule::SetDebugLevel_not_const(int debugLevel)
    17 {
    18     m_debugLevel_not_mutable = debugLevel;
    19     m_debugLevel_mutable = debugLevel;
    20     return;
    21 }
    22 
    23 void CDebugModule::SetDebugLevel_const(int debugLevel) const
    24 {
    25     m_debugLevel_not_mutable = debugLevel; // 编译错误,const 成员函数不能修改一般的成员变量
    26     m_debugLevel_mutable = debugLevel;     // 正常,当成员变量被 mutable 修饰时,const成员函数就能修改了
    27     return;
    28 }
    29 
    30 int main(int argc, char *argv[])
    31 {
    32     CDebugModule debugModule;
    33 
    34     debugModule.SetDebugLevel_not_const(10);
    35     debugModule.SetDebugLevel_const(10);
    36 
    37     return 0;
    38 }
    复制代码

      在成员函数调用的过程中,都有一个 this 指针被当做参数隐性地传递给成员函数(可能通过栈,也可能通过CPU寄存器)。这个this指针,指向调用这个函数的对象(这样,成员函数才能找到成员变量的地址,从而对其进行操作)。这个this指针,是个 const指针,不能修改其指向(你不希望这个对象的函数,修改了那个对象的成员变量,对吧?)。

      传递给const成员函数的this指针,指向一个const对象。也就是说,在const成员函数内部,这个this指针是一个指向const对象的const指针。通过第二节的探讨,相信大家已经能够明白,为什么const成员函数不能修改任何成员变量了。

      mutable 修饰符使得const函数的行为有了一些灵活性。相当于提醒编译器,这个成员变量比较特殊,就不要进行任何只读检查了。

      我们在第二节留下了一个问题 “为什么 const 对象只能够调用const成员函数呢?”,其实是这样的。由于对象本身通过 const 修饰,那么指向这个对象的指针也就是指向const对象的const指针了。换句话说,指向这个对象的this指针就是指向const对象的const指针。一般成员函数要求的this指针(别忘了this指针也是一个参数)为:指向对象的const指针。所以此处发生了参数不匹配,无法进行调用。而 const 成员函数要求的this指针,恰恰是 指向const对象的const指针。所以依然能够调用。

      

     十、总结  

     const 变量

    const int a;

    不能修改值,必须初始化

     const 类对象

    const MyClass a;

    不能修改成员变量的值,不能调用非 const 函数

     指向 const 变量的指针

    const int * a;

    指向内容不可变,指向可变

     const 指针

    int * const a;

    指向内容可变,指向不可变

     指向 const 变量的 const 指针

    const int * const a;

    指向内容不可变,指向也不可变

    const 引用

     const 变量作为函数参数

    void myfun(const int a);

    函数内部不能改变此参数

    指向 const 变量的指针做参数,允许上层用一般指针调用。(反之不可)

     const 返回值

    const string& myfun(void);

    用于返回const引用

    上层不能使用返回的引用,修改对象

     const 成员变量

    const int a;

    static const int a;

    必须在初始化列表初始化,之后不能改变

    static const 成员变量需要单独定义和初始化

    const 成员函数

    void myfun(void) const;

    this指针为 指向const对象的const指针

    不能修改 非mutable 的成员变量

      本文的内容就这么多了,感谢您能够看到最后,希望对您能够有一点点帮助 ^_^

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