const用法詳解(轉)

面向對象是C++的重要特性. 
但是c++在c的基礎上新增加的幾點優化也是很耀眼的 
就const直接可以取代c中的#define 
以下幾點很重要,學不好後果也也很嚴重 

const 
1. 限定符聲明變量只能被讀 
  const int i=5; 
  int j=0; 
  ... 
  i=j;  //非法,導致編譯錯誤 
  j=i;  //合法 
2. 必須初始化 
  const int i=5;    //合法 
  const int j;      //非法,導致編譯錯誤 
3. 在另一連接文件中引用const常量 
  extern const int i;    //合法 
  extern const int j=10;  //非法,常量不可以被再次賦值 
4. 便於進行類型檢查 
  用const方法可以使編譯器對處理內容有更多瞭解。 
  #define I=10 
  const long &i=10;  /*dapingguo提醒:由於編譯器的優化,使 
      得在const long i=10; 時i不被分配內存,而是已10直接代入 
      以後的引用中,以致在以後的代碼中沒有錯誤,爲達到說教效 
      果,特別地用&i明確地給出了i的內存分配。不過一旦你關閉所 
      有優化措施,即使const long i=10;也會引起後面的編譯錯誤。*/ 
  char h=I;      //沒有錯 
  char h=i;      //編譯警告,可能由於數的截短帶來錯誤賦值。 
5. 可以避免不必要的內存分配 
  #define STRING "abcdefghijklmn\n" 
  const char string[]="abcdefghijklm\n"; 
  ... 
  printf(STRING);  //爲STRING分配了第一次內存 
  printf(string);  //爲string一次分配了內存,以後不再分配 
  ... 
  printf(STRING);  //爲STRING分配了第二次內存 
  printf(string); 
  ... 
  由於const定義常量從彙編的角度來看,只是給出了對應的內存地址, 
  而不是象#define一樣給出的是立即數,所以,const定義的常量在 
  程序運行過程中只有一份拷貝,而#define定義的常量在內存中有 
  若干個拷貝。 
6. 可以通過函數對常量進行初始化 
  int value(); 
  const int i=value(); 
  dapingguo說:假定對ROM編寫程序時,由於目標代碼的不可改寫, 
  本語句將會無效,不過可以變通一下: 
  const int &i=value(); 
  只要令i的地址處於ROM之外,即可實現:i通過函數初始化,而其 
  值有不會被修改。 
7. 是不是const的常量值一定不可以被修改呢? 
  觀察以下一段代碼: 
  const int i=0; 
  int *p=(int*)&i; 
  p=100; 
  通過強制類型轉換,將地址賦給變量,再作修改即可以改變const常量值。 
8. 請分清數值常量和指針常量,以下聲明頗爲玩味: 
  int ii=0; 
  const int i=0;            //i是常量,i的值不會被修改 
  const int *p1i=&i;        //指針p1i所指內容是常量,可以不初始化 
  int  * const p2i=ⅈ    //指針p2i是常量,所指內容可修改 
  const int * const p3i=&i; //指針p3i是常量,所指內容也是常量 
  p1i=ⅈ                  //合法 
  *p2i=100;                //合法 
關於C++中的const關鍵字的用法非常靈活,而使用const將大大改善程序的健壯性,參考了康建東兄的const使用詳解一文,對其中進行了一些補充,寫下了本文。 


1.      const常量,如const int max = 100;  
優點:const常量有數據類型,而宏常量沒有數據類型。編譯器可以對前者進行類型安全檢查,而對後者只進行字符替換,沒有類型安全檢查,並且在字符替換時可能會產生意料不到的錯誤(邊際效應) 

2.      const 修飾類的數據成員。如: 
class A 



    const int size; 

    … 



const 數據成員只在某個對象生存期內是常量,而對於整個類而言卻是可變的。因爲類可以創建多個對象,不同的對象其const數據成員的值可以不同。所以不能在類 聲明中初始化const數據成員,因爲類的對象未被創建時,編譯器不知道const 數據成員的值是什麼。如 

class A 



const int size = 100;    //錯誤 

int array[size];        //錯誤,未知的size 



const數據成員的初始化只能在類的構造函數的初始化表中進行。要想建立在整個類中都恆定的常量,應該用類中的枚舉常量來實現。如 

class A 

{… 

enum {size1=100, size2 = 200 }; 

int array1[size1]; 

int array2[size2]; 



枚舉常量不會佔用對象的存儲空間,他們在編譯時被全部求值。但是枚舉常量的隱含數據類型是整數,其最大值有限,且不能表示浮點數。 

3.      const修飾指針的情況,見下式: 

int b = 500; 
const int* a = &          [1] 
int const *a = &          [2] 
int* const a = &          [3] 
const int* const a = &    [4] 
如 果你能區分出上述四種情況,那麼,恭喜你,你已經邁出了可喜的一步。不知道,也沒關係,我們可以參考《Effective c++》Item21上的做法,如果const位於星號的左側,則const就是用來修飾指針所指向的變量,即指針指向爲常量;如果const位於星號的 右側,const就是修飾指針本身,即指針本身是常量。因此,[1]和[2]的情況相同,都是指針所指向的內容爲常量(const放在變量聲明符的位置無 關),這種情況下不允許對內容進行更改操作,如不能*a = 3 ;[3]爲指針本身是常量,而指針所指向的內容不是常量,這種情況下不能對指針本身進行更改操作,如a++是錯誤的;[4]爲指針本身和指向的內容均爲常 量。 

4.    const的初始化 
先看一下const變量初始化的情況 
1) 非指針const常量初始化的情況:A b; 
const A a = b; 
2) 指針const常量初始化的情況: 

A* d = new A(); 
const A* c = d; 
或者:const A* c = new A(); 
3)引用const常量初始化的情況: 
A f; 
const A& e = f;      // 這樣作e只能訪問聲明爲const的函數,而不能訪問一            

般的成員函數; 
    [思考1]: 以下的這種賦值方法正確嗎? 
    const A* c=new A(); 
    A* e = c; 
    [思考2]: 以下的這種賦值方法正確嗎? 
    A* const c = new A(); 
    A* b = c; 

5.    另外const 的一些強大的功能在於它在函數聲明中的應用。在一個函數聲明中,const 可以修飾函數的返回值,或某個參數;對於成員函數,還可以修飾是整個函數。有如下幾種情況,以下會逐漸的說明用法:A& operator=(const A& a); 
void fun0(const A* a ); 
void fun1( ) const; // fun1( ) 爲類成員函數 
const A fun2( ); 

1) 修飾參數的const,如 void fun0(const A* a ); void fun1(const A& a); 
調 用函數的時候,用相應的變量初始化const常量,則在函數體中,按照const所修飾的部分進行常量化,如形參爲const A* a,則不能對傳遞進來的指針的內容進行改變,保護了原指針所指向的內容;如形參爲const A& a,則不能對傳遞進來的引用對象進行改變,保護了原對象的屬性。 
[注意]:參數const通常用於參數爲指針或引用的情況,且只能修飾輸入參數;若輸入參數採用“值傳遞”方式,由於函數將自動產生臨時變量用於複製該參數,該參數本就不需要保護,所以不用const修飾。 

[總結]對於非內部數據類型的輸入參數,因該將“值傳遞”的方式改爲“const引用傳遞”,目的是爲了提高效率。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)  修飾返回值的const,如const A fun2( ); const A* fun3( ); 
這樣聲明瞭返回值後,const按照"修飾原則"進行修飾,起到相應的保護作用。const Rational operator*(const Rational& lhs, const Rational& rhs) 

return Rational(lhs.numerator() * rhs.numerator(), 
lhs.denominator() * rhs.denominator()); 

返回值用const修飾可以防止允許這樣的操作發生:Rational a,b; 
Radional c; 
(a*b) = c; 
一般用const修飾返回值爲對象本身(非引用和指針)的情況多用於二目操作符重載函數併產生新對象的時候。 
[總結] 

1.    一般情況下,函數的返回值爲某個對象時,如果將其聲明爲const時,多用於操作符的重載。通常,不建議用const修飾函數的返回值類型爲某個對象或對 某個對象引用的情況。原因如下:如果返回值爲某個對象爲const(const A test = A 實例)或某個對象的引用爲const(const A& test = A實例) ,則返回值具有const屬性,則返回實例只能訪問類A中的公有(保護)數據成員和const成員函數,並且不允許對其進行賦值操作,這在一般情況下很少 用到。 

2.      如果給採用“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。如: 

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(); 

3.    函數返回值採用“引用傳遞”的場合不多,這種方式一般只出現在類的賻值函數中,目的是爲了實現鏈式表達。如: 

class A 

{… 

A &operate = (const A &other);  //負值函數 


A a,b,c;              //a,b,c爲A的對象 

… 

a=b=c;            //正常 

(a=b)=c;          //不正常,但是合法 

若負值函數的返回值加const修飾,那麼該返回值的內容不允許修改,上例中a=b=c依然正確。(a=b)=c就不正確了。 
[思考3]: 這樣定義賦值操作符重載函數可以嗎? 
const A& operator=(const A& a); 

6.    類成員函數中const的使用 
一般放在函數體後,形如:void fun() const; 
任何不會修改數據成員的函數都因該聲明爲const類型。如果在編寫const成員函數時,不慎修改了數據成員,或者調用了其他非const成員函數,編譯器將報錯,這大大提高了程序的健壯性。如: 

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; 



7.      使用const的一些建議 
1 要大膽的使用const,這將給你帶來無盡的益處,但前提是你必須搞清楚原委; 
2 要避免最一般的賦值操作錯誤,如將const變量賦值,具體可見思考題; 
3 在參數中使用const應該使用引用或指針,而不是一般的對象實例,原因同上; 
4 const在成員函數中的三種用法(參數、返回值、函數)要很好的使用; 
5 不要輕易的將函數的返回值類型定爲const; 
6除了重載操作符外一般不要將返回值類型定爲對某個對象的const引用; 
[思考題答案] 
1 這種方法不正確,因爲聲明指針的目的是爲了對其指向的內容進行改變,而聲明的指針e指向的是一個常量,所以不正確; 
2 這種方法正確,因爲聲明指針所指向的內容可變; 
3 這種做法不正確; 
在const A::operator=(const A& a)中,參數列表中的const的用法正確,而當這樣連續賦值的時侯,問題就出現了: 
A a,b,c: 
(a=b)=c; 
因爲a.operator=(b)的返回值是對a的const引用,不能再將c賦值給const常量。

 

 

1.1.1. 定義普通常量
使用#define來定義常量也是常用方法,但const也可以用來定義常量,在[Effective C++]中建議使用const代替#define來定義常量,因爲const定義的常量具有類型信息,而宏沒有,所以使用const定義的常量在進行賦值操作時編譯器會進行更嚴格的類型檢查,是類型安全的。

const double PI = 3.1414926;

const int POOL_SIZE = 20;

定義常量有三種方法:宏、const、enum,其中宏應該儘量避免,而const與enum也各有優缺點,最大的區別就是enum只能用於定義整數,而不能定義浮點數;而對於定義邏輯關係較近的一組整數時比較適合使用enum,也可以考慮使用類代替enum(參見[??])。

常量必須在定義時進行初始化,之後便不能再賦值。說它不能被賦值並不是說常量的值是絕對不會改變的,只是說不能直接賦值,但可以通過指針及強制類型轉換、const_cast是可以改變常量的值的。

#include

using namespace std;

int main( void )

{

const int ci = 5;

const int* cpci = &ci;

int *pci = (int*)&ci;

cout<<"cpci = "<

return 0;

}

輸出結果:

cpci = 002DFAC8, pci = 002DFAC8

ci=5, *cpci=1, *pci=1

ci=5, *cpci=2, *pci=2

ci != *cpci

之所以使用ci直接輸出變量的值時顯示其值始終沒有改變,但通過指針間接顯示出來的值是改變了,而且輸出結果的最後一行很奇怪,ci的值與*cpci的值居然不相等,只因爲編譯器在編譯時進行了優化,將代碼中的ci直接替換成了5,與宏替換是相同的效果,而指針的值則是實際內存中的值。

所以,千萬不要試圖使用指針強行改變const變量的值,否則程序可能表現出錯誤的行爲,而且查找起來這種錯誤非常困難。在gcc 4.3.4和visual C++ 2010中均默認打開了對常量的優化選項,目前還沒找到關閉該優化的命令行選項,一定不要自作聰明去改const變量的值。

1.1.2. 修飾指針
把const與指針放到一起,很多人便會想到一個繞口令“指針常量與常量指針。“指針常量”即一個指針變量,該變量不能被賦值,而指針指向的內存單元的內容是可以改變的;“常量指針”即一個指向常量的指針,指針變量本身可以賦值,而指針指向的內存單元的內容是不可以被重新賦值的。

char a = 'A', b = 'B';

const char* ptoc = &a; // 常量指針

*ptoc = 'C'; // 改變指針指向內存單元的內容,不可以

ptoc = &b; // 改變指針的值,可以

char* const cp = &a; // 指針常量

cp = &b; // 改變指針的值,不可以

*cp = 'D'; // 改變指針指向內存單元的內容,可以

const char* const cptoc = &a; // 指向常量的指針常量

*cptoc = 'E'; // 不可以

cptoc = &b; // 不可以

const是修飾類型還是修飾指針,要看const的位置,放在*前就是修飾數據類型,放到*後就是修飾指針,const char和char const是一樣的。

建議:在不打算修改數據內容的時候都將指針定義成常量指針,不打算指針本身被修改的場合都定義成指針常量。儘可能地多用const,用錯了沒關係,編譯器會提示你的,只要能夠編譯通過,就不會因爲用錯const而導致程序邏輯錯誤,應該說const負作用極小。

1.1.3. 修飾類成員常量
當使用const修飾類成員變量時便定義了常數據成員,它的使用與使用類外定義的常量本質上並沒有什麼區別,在這裏只想指出一點:有網友提到const數據成員只能被const修飾的函數使用這是沒有根據的,是錯誤的。

1.1.4. 修飾類成員函數
const修飾成員函數語法:

class Socket

{

public:

typedef unsigned short socket_port_t;

socket_port_t LocalPort( void ) const

{

++readCount;

return _port;

}

private:

socket_port_t _port;

mutable int _readCount;

};

使用const修飾的成員函數不能修改類的成員變量,如成員_port,而且只能調用成員類對象const函數,但有個例外,就是mutable修飾的成員變量可以在const修飾的成員函數中被修改,如_readCount。

另外,const只能修飾非靜態函數。

建議:將所有不改變對象狀態的函數都使用const修飾符標識,以提高程序的可讀性。其實,頭文件就是最好的類接口的說明文檔,越多的提供信息就能使程序的可讀性越好,越利於維護。看到成員函數的const修飾符,讀者便立即明白該函數不會改變程序的狀態,這也有利於當程序狀態出現異常時的問題定位。

1.1.5. 修飾類對象、對象引用或對象指針(常量指針)
當const修飾自定義的類對象時,與修飾C++內置類型的變量的思想是一致的,但稍有不同,除了不能被賦值外,還不能調用沒有使用const修飾的非靜態成員函數。當const修飾類對象引用、指針時限制是一樣的,因爲引用本身與直接使用該變量實質上沒有區別,而使用指針只是將.操作符改爲了->本質上還是一樣的

const std::string hello = “Hello from Noock Tian;

std::cout<

hello = "Hi"; // 不可以賦值

hello.push_back("!"); // 不可以

1.1.6. 修飾函數參數
const修飾函數的例子是很常見了,表示函數的參數在函數體內不會被意外修改,一般用於修飾輸入參數,例如標準庫中的字符串連接函數。str1是輸出參數,其內容會被修改,而str2爲輸入參數,其內容不會修改。

char* strcat(char* str1, const char* str2);

實際上在說到const用法一開始就提到,const只是一種聲明,但並不能保證,例如strcat函數雖然聲明瞭str2爲const char*型,但並不能保證內部絕對不會修改str2的內容。但const從語言本身提供了一種編寫自描述性代碼的方法,只要使用函數與實現函數的雙方都達成一致的約定,按照契約編程,我們就可以認爲const修飾的類型在函數體內不會被修改,這與const修飾類成員函數一樣,可以提高軟件的可讀性。

1.1.7. 修飾函數返回值
const可以用於修飾任何類型,只要返回值類型不是void,const就可以用來修飾返回值的類型。但實際上const用於修飾非引用的返回值類型是沒有意義的,因爲返回值一般都會被賦值給另一個變量,此時用於傳遞返回值的對象已經被銷燬,修飾返回值類型的const的作用也就終結了。

當返回值是引用類型時,如果該引用的值不希望被修改是可以聲明爲常引用的,例如:

class Socket

{

public:

const string& IP( void ) const{ return _ip; }

private:

string _ip;

};

Socket sock;

string& ip = sock.IP(); // 不可以

const string& ip2 = sock.IP(); // 可以

string ip3 = sock.IP(); // Socket::_ip被複制,可以

此處,爲了減少構造臨時變量,將IP函數返回值定義爲引用類型以提高程序運行效率,但爲了保護內部狀態不會被客戶端代碼意外,返回值使用const修飾爲常引用。但是,如果對於軟件安全性較高的場合,最好不要定義爲引用,因爲惡意的客戶端代碼是有可能修改Socket::_ip的值的。

在C++中賦值運算符反默認返回值都是引用,但筆者認爲定義爲常引用更爲合適,例如:

int main( void )

{

int a = 1,b = 2,c = 3,d = 4;

((a=b)=c)=d;

cout<<”a=”<

return 0;

}

輸出結果:

a=4, b=2, c=3, d=4

顯然,在實際工程中誰也不會寫出這樣的代碼,這段代碼卻是合法的,無疑這給程序員多了一種出錯的可能,如果把賦值運算符的返回值定義爲常引用,則會減少程序員出錯的機會,例如[??]:

class Object

{

public:

const Object& operator=(const Object& a) { return *this; }

};

int main( void )

{

Object a, b, c, d;

a = b = c = d; // 可以

((a=b)=c)=d; // 不可以

return 0;

}

在gcc 編譯時則會出現錯誤提示:

error: passing ‘const Object’ as ‘this’ argument of ‘const Object& Object::operator=(const Object&)’ discards qualifiers. 
當然,不同的編譯器可能錯誤提示不同。

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