C++中的const成員函數

 

看到const 關鍵字,C++程序員首先想到的可能是const 常量。這可不是良好的條件反射。如果只知道用const 定義常量,那麼相當於把火藥僅用於製作鞭炮。const 更大的魅力是它可以修飾函數的參數、返回值,甚至函數的定義體。

const 是constant 的縮寫,“恆定不變”的意思。被const 修飾的東西都受到強制保護,可以預防意外的變動,能提高程序的健壯性。所以很多C++程序設計書籍建議:“Use const whenever you need”。

1.用const 修飾函數的參數

如果參數作輸出用,不論它是什麼數據類型,也不論它採用“指針傳遞”還是“引用傳遞”,都不能加const 修飾,否則該參數將失去輸出功能。const 只能修飾輸入參數:

如果輸入參數採用“指針傳遞”,那麼加const 修飾可以防止意外地改動該指針,起到保護作用。

例如StringCopy 函數:

void StringCopy(char *strDestination, const char *strSource);

其中strSource 是輸入參數,strDestination 是輸出參數。給strSource 加上const修飾後,如果函數體內的語句試圖改動strSource 的內容,編譯器將指出錯誤。

如果輸入參數採用“值傳遞”,由於函數將自動產生臨時變量用於複製該參數,該輸入參數本來就無需保護,所以不要加const 修飾。

例如不要將函數void Func1(int x) 寫成void Func1(const int x)。同理不要將函數void Func2(A a) 寫成void Func2(const A a)。其中A 爲用戶自定義的數據類型。

對於非內部數據類型的參數而言,象void Func(A a) 這樣聲明的函數註定效率比較底。因爲函數體內將產生A 類型的臨時對象用於複製參數a,而臨時對象的構造、複製、析構過程都將消耗時間。

爲了提高效率,可以將函數聲明改爲void Func(A &a),因爲“引用傳遞”僅借用一下參數的別名而已,不需要產生臨時對象。但是函數void Func(A &a) 存在一個缺點:

“引用傳遞”有可能改變參數a,這是我們不期望的。解決這個問題很容易,加const修飾即可,因此函數最終成爲void Func(const A &a)。

以此類推,是否應將void Func(int x) 改寫爲void Func(const int &x),以便提高效率?完全沒有必要,因爲內部數據類型的參數不存在構造、析構的過程,而複製也非常快,“值傳遞”和“引用傳遞”的效率幾乎相當。

問題是如此的纏綿,我只好將“const &”修飾輸入參數的用法總結一下。

 

對於非內部數據類型的輸入參數,應該將“值傳遞”的方式改爲“const 引用傳遞”,目的是提高效率。例如將void Func(A a) 改爲void Func(const A &a)。

 

對於內部數據類型的輸入參數,不要將“值傳遞”的方式改爲“const 引用傳遞”。否則既達不到提高效率的目的,又降低了函數的可理解性。例如void Func(int x) 不應該改爲void Func(const int &x)。

2 用const 修飾函數的返回值
如果給以“指針傳遞”方式的函數返回值加const 修飾,那麼函數返回值(即指針)的內容不能被修改,該返回值只能被賦給加const 修飾的同類型指針。例如函數
const char * GetString(void);
如下語句將出現編譯錯誤:
char *str = GetString();
正確的用法是
const char *str = GetString();
如果函數返回值採用“值傳遞方式”,由於函數會把返回值複製到外部臨時的存儲單元中,加const 修飾沒有任何價值。
例如不要把函數int GetInt(void) 寫成const int GetInt(void)。
同理不要把函數A GetA(void) 寫成const A GetA(void),其中A 爲用戶自定義的數據類型。
如果返回值不是內部數據類型,將函數A GetA(void) 改寫爲const A & GetA(void)的確能提高效率。但此時千萬千萬要小心,一定要搞清楚函數究竟是想返回一個對象的“拷貝”還是僅返回“別名”就可以了,否則程序會出錯。
函數返回值採用“引用傳遞”的場合並不多,這種方式一般只出現在類的賦值函數中,目的是爲了實現鏈式表達。

例如:
class A
{
A & operate = (const A &other); // 賦值函數
};
A a, b, c; // a, b, c 爲A 的對象

a = b = c; // 正常的鏈式賦值
(a = b) = c; // 不正常的鏈式賦值,但合法
如果將賦值函數的返回值加const 修飾,那麼該返回值的內容不允許被改動。上例中,語句 a = b = c 仍然正確,但是語句 (a = b) = c 則是非法的。
3 const 成員函數(const的作用:說明其不會修改數據成員)
任何不會修改數據成員的函數都應該聲明爲const 類型。如果在編寫const 成員函數時,不慎修改了數據成員,或者調用了其它非const 成員函數,編譯器將指出錯誤,這無疑會提高程序的健壯性。以下程序中,類stack 的成員函數GetCount 僅用於計數,從邏輯上講GetCount 應當爲const 函數。編譯器將指出GetCount 函數中的錯誤。
class Stack
{
public:
void Push(int elem);
int Pop(void);
int GetCount(void) const; // const 成員函數
private:
int m_num;
int m_data[100];
};
int Stack::GetCount(void) const
{
++ m_num; // 編譯錯誤,企圖修改數據成員m_num
Pop(); // 編譯錯誤,企圖調用非const 函數
return m_num;
}
const 成員函數的聲明看起來怪怪的:const 關鍵字只能放在函數聲明的尾部,大概是因爲其它地方都已經被佔用了。
關於Const函數的幾點規則:

a. const對象只能訪問const成員函數,而非const對象可以訪問任意的成員函數,包括const成員函數.
b. const對象的成員是不可修改的,然而const對象通過指針維護的對象卻是可以修改的.
c. const成員函數不可以修改對象的數據,不管對象是否具有const性質.它在編譯時,以是否修改成員數據爲依據,進行檢查.
e. 然而加上mutable修飾符的數據成員,對於任何情況下通過任何手段都可修改,自然此時的const成員函數是可以修改它的

 

//*********************************************************

看C++教材的時候,對於const function以爲有了很正確的理解,但到使用時才知道,實踐出真知!
const 函數只能調用 const 函數,即使某個函數本質上沒有修改任何數據,但沒有聲明爲const,也是不能被const函數調用的。

對於這樣的const function,關鍵詞const到底影響了什麼?下面用例子來說明。

//
class my {
public:
  // ...
  string& operator[](const string& s) const
  { return table[s]; }
private:
  map<string, string> table;
};

上述重載的下標運算函數能否通過編譯呢?不能(在mingw32 gcc3.4上)通過。給出瞭如下的錯誤提示:
passing `const std::map<std::string, std::string, std::less<std::string>, std::allocator<std::pair<const std::string, std::string> > >'
as `this' argument of `_Tp& std::map<_Key, _Tp, _Compare, _Alloc>::operator[](const _Key&) [with _Key = std::string, _Tp = std::string, _Compare = std::less<std::string>, _Alloc = std::allocator<std::pair<const std::string, std::string> >]' discards qualifiers
錯誤原因就在於,當本重載函數聲明爲const後,就只能調用其他的同樣也聲明爲const的函數;而table[s]實際上調用的是map的下標重載運算函數,該函數並沒有聲明爲const。所以去掉本函數的const聲明,就可以順利通過編譯了。

下面再用一個小例子驗證一下吧。
#include <cstdlib>
#include <iostream>
using namespace std;
class A{
public:
A(int n) { num = n; }

void incr() { num += 5; }

void disp() const
{ cout << num ; }

int times(int m)
{ return num * m; }

int f() const
{
  incr();//passing `const A' as `this' argument of `void A::incr()' discards qualifiers
  disp();// ok
  times(2);//passing `const A' as `this' argument of `int A::times(int)' discards qualifiers
  return num;
}

private: int num;
};

int main(int argc, char *argv[])
{
    A a(5);
    a.f();
    system("PAUSE");
    return EXIT_SUCCESS;
}

const 函數只能調用 const 函數,即使某個函數本質上沒有修改任何數據,但沒有聲明爲const,也是不能被const函數調用的。

 

 

///********************************************************************

爲何const引用不能調用自己的非const方法和其它?

 

我在實現自定義的DateTime類時有這個問題:
bool DateTime::earlier(const DateTime &dt){
        if(!isvalid())        return true;
        if(!dt.isvalid())        return false;
isvalid是DateTime自己的方法。但第二個判斷會出錯,提示 The non-const member function "DateTime::isvalid()" is called for "const DateTime"
爲何這裏會報這個錯誤有點不大明白。難道這種傳進本類引用的方法就不能使用const參數,或只能調用const方法?

另外還有,我在重載==時也有問題:
inline bool operator ==(const DateTime& );

它的實現是:
inline bool operator ==(const DateTime& _dt){
        return !earlier(_dt) && !_dt.earlier(*this);
}
這就報參數數量不符(Wrong number of parameters for "operator<="
)。方法定義的格式我是參照c++ primar裏的,作者在定義時就只寫參數類型沒寫形參名稱(寫了一樣報錯)。不知錯在哪裏?之前寫的+,-重載都不報這個錯。
 

 

---但第二個判斷會出錯,提示 The non-const member function "DateTime::isvalid()" is called for "const DateTime"

每個非static非const成員函數都有一個隱含的this指針,是非const型的,不能接受const型實參;在你的函數裏,dt是const DateTime &型的,dt.isvalid()相當於將const對象傳給非const的this指針,所以出錯。
如果isvalid不改變對象狀態,可以將earlier成員函數定義爲const型。

如果用const來修飾函數,那麼函數一定是類的成員函數。

const 類型的成員函數不能返回非const類型的引用

這句話的意思是如果你的成員函數是const類型的,並且要求返回值是類的非cosnt或者非mutable成員變量,返回類型是引用,那麼這是錯誤的。

class Test
{
public :
int & GetValue()const;
private:
int value;
};
int &Test::GetValue() const
{
return value;  //value此時具有const屬性,與返回值類型int &的非const屬性不匹配
}

這樣的代碼在vs2003中提示的錯誤:error C2440: “return” : 無法從“const int”轉換爲“int &”。

在const函數中傳遞this的時候把this變成了const T* const this(個人理解),所以一個非const的引用指向一個const類型的變量,就會error。

可以這樣改,

1.把int value 改成mutable int value. mutable修飾的變量使之在const函數中可以被改變的。

2.return value 改成。 return const_cast<int &>(value)。const_cast去掉了const性質。

3.把函數寫成const int &Test::GetValue() const ,.這樣做的目的是使引用的變量也是const類型的,就相當於const int & b 。

4.把引用去掉,寫成返回值類型的。

5.把函數後面的const去掉。

6.返回值不是類的成員變量。

int &Test::GetValue() const
{
int temp = value;
return temp;
}

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