C++的那些事：const用法面面觀

在 c/c++ 語言中，const關鍵字是一種修飾符。所謂“修飾符”，就是在編譯器進行編譯的過程中，給編譯器一些“要求”或“提示”，但修飾符本身，并不産生任何實際代碼。就 const 修飾符而言，它用來告訴編譯器，被修飾的這些東西，具有“隻讀”的特點。在編譯的過程中，一旦我們的代碼試圖去改變這些東西，編譯器就應該給出錯誤提示。

是以，const修飾符的作用主要是利用編譯器幫助我們檢查自己代碼的正确性。我們使用const在源碼中标示出“不應該改變”的地方，然後利用編譯器，幫助我們檢查這些地方是否真的沒有被改變過。如果我們不小心去修改了這些地方，編譯器就會報錯，進而幫助我們糾正錯誤。使用const和不使用const，對于最終編譯産生的代碼并沒有影響。

雖然const對于最終代碼沒有影響，但是盡可能使用const，将幫助我們避免很多錯誤，提高程式正确率。

在上面已經提到過了，const是一種修飾符，那它可以作為哪些對象的修飾符呢？下面列舉了一些c/c++中用到const的地方。

1，const變量 2，const指針 3，const引用 4，const類 5，類的const成員變量 6，類的const成員函數 7，const修飾函數的形參與傳回值

下面我們分别讨論上面幾種情況下，const的用法。

當一個變量被const修飾後，具有以下幾個特點：

1）該變量隻能讀取不能修改。（編譯器進行檢查） 2）定義時必須初始化。 3）c++中喜歡用const來定義常量，取代原來c風格的預編譯指令define。

上面代碼中第一行和第三行都有錯誤，注釋便是編譯器給出的錯誤提示。

另外注意，在使用const變量作為數組的下标時，變量的值一定要是一個常量表達式(在編譯階段就能計算得到結果)。

我們知道，引用必須在定義的時候指派，這樣就會所引用的變量綁定在一起并作為它的一個别名，在程式中的其他地方，是不能讓引用再與其他對象綁定。這個特性，讓引用看起來就像是const對象一樣，一旦定義後将不能更改。是以并不存在const的引用。

但是我們卻可以引用一個const的對象(變量)，我們稱之為對常量的引用，與普通的引用不同的時，對常量的引用不能被用作修改它所綁定的對象。

我們知道，引用的類型必須與其所引用對象的類型一緻，如下面的代碼：

上述代碼為何不行？

此處ri引用了一個int型的整數。對于ri的操作數應該是整數運算，但是dval卻是一個雙精度的浮點數而非整數。是以為了確定讓ri綁定一個整數，編譯器把上述代碼變成了如下形式：

其中temp是一個臨時變量，而ri綁定了一個臨時量，是以當ri改變時，并沒有改變davl的值，是以這種引用是無效的。

也許你注意到了，當我們把double變量綁定在一個int&類型上時，編譯器提示後有個括号：非常量限定。這說明如果是一個常量的引用，則有可能是通過的，顯然下面的代碼就沒有任何問題：

因為在這裡，ri是一個常量引用，我們并不想通過ri改變dval的值，隻要能讀到dval對應的int型的值就行。

 我們知道，指針與引用不同，指針本身是一個對象，是以存在常量指針，這種指針在定義并初始化後，便不能再指向其他變量。用來修飾這種常量指針的const，我們稱之為"頂層const"。

與頂層指針對應的是底層指針，這種指針指向一個const修改的對象，這一點上就有點像是常量的引用。

對于指向常量的指針或引用，都有以下規則：

1）可以将一個非const對象的位址賦給一個指向const對象的指針 2）可以将一個非const對象的位址賦給一個指向非const對象的指針 3）可以将一個const對象的位址賦給一個指向const對象的指針 4）不可以将一個const對象的位址賦給一個指向非const對象的指針。

 還有一種指向const對象的const指針，這種指針首先表明，本身是一個const指針，一旦初始化後不能指向其他對象；其次，它本身所指向的對象也是一個常量，即不能通過指針修改對象的值。

這裡再強調一點，const隻是給編譯器看的，我們可以很輕松的騙過編譯器，并看看編譯器都做了什麼：

我們在代碼的第2行，用一個類型轉換強制的，把一個非const指針指向了一個const對象。

但是後面我們通過這個指針來修改這個值，卻沒有生效，原因呢？

那是因為編譯器在編譯階段發現var是一個常量，是以在編譯目标代碼時已經将var的地方都用42進行了替換。

其實類定義的對象，與普通的變量是一樣的，用const修飾時，說明這個類是一個常量類對象，這個對象有下面2個特點：

1）不能改變其成員變量(非mutalbe成員) 2）不能調用其非const成員函數

const 成員變量指的是類中的成員變量為隻讀，不能夠被修改（包括在類外部和類内部）。

1）const 成員變量必須在類的構造函數初始化表達式中被初始化，即使在構造函數體内也不可以。 2）靜态 const 成員變量需要在類外部單獨定義并初始化（可定義在頭檔案）

類對象的執行個體化過程可以了解為包含以下步驟：首先，開辟整個類對象的記憶體空間。之後，根據類成員情況，配置設定各個成員變量的記憶體空間，并通過構造函數的初始化清單進行初始化。最後，執行構造函數中的代碼。由于 const 成員變量必須在定義（配置設定記憶體空間）時，就進行初始化。是以需要在夠在函數的初始化清單中初始化。const成員在初始化之後，其值就不允許改變了，即便在構造内部也是不允許的。

靜态成員變量并不屬于某個類對象，而是整個類共有的。靜态成員變量可以不依附于某個執行個體化後的類對象進行通路。那麼，靜态成員變量的值，應該在任何執行個體化操作之前，就能夠進行改變（否則，隻有執行個體化至少一個對象，才能通路靜态成員）。是以，靜态成員變量不能夠由構造函數進行記憶體配置設定，而應該在類外部單獨定義，在執行個體化任何對象之前，就開辟好空間。又由于 const 成員變量 必須初始化，是以靜态成員變量必須在定義的時候就初始化。

const成員函數指的是，此函數不應該修改任何成員變量。

1）傳給const成員函數的this指針，是指向 const 對象 的 const 指針。 2）const成員函數，不能夠修改任何成員變量，除非成員變量被 mutable 修飾符修飾。

在成員函數調用的過程中，都有一個 this 指針被當做參數隐性地傳遞給成員函數（可能通過棧，也可能通過cpu寄存器）。這個this指針，指向調用這個函數的對象（這樣，成員函數才能找到成員變量的位址，進而對其進行操作）。這個this指針，是個 const指針，不能修改其指向（你不希望這個對象的函數，修改了那個對象的成員變量，對吧？）。

傳遞給const成員函數的this指針，指向一個const對象。也就是說，在const成員函數内部，這個this指針是一個指向const對象的const指針。

mutable 修飾符使得const函數的行為有了一些靈活性。相當于提醒編譯器，這個成員變量比較特殊，就不要進行任何隻讀檢查了。

為什麼 const 對象隻能夠調用const成員函數呢？，其實是這樣的。由于對象本身通過 const 修飾，那麼指向這個對象的指針也就是指向const對象的const指針了。換句話說，指向這個對象的this指針就是指向const對象的const指針。一般成員函數要求的this指針為：指向對象的const指針。是以此處發生了參數不比對，無法進行調用。而 const 成員函數要求的this指針，恰恰是 指向const對象的const指針。是以依然能夠調用。

将函數的形參用const修飾是希望實參在函數内部不被修改，而一般函數接口可能會遇到以下三種情況：

1，const對象 2，指向const對象的指針 3，綁定const對象的引用 4，傳回值是一個const對象

首先，我們看const對象的形參，這種接口用const修飾實際上沒有任何意義，因為實參在傳遞給實參時是傳遞了一份副本，原實參是不會變化的。

通過上面代碼可以看出，實參如果隻能過值進行傳遞，函數接口不用const修改，也不會令實參的值改變。

而通過指針或引用傳遞給函數時，函數就可以通過形參來改變實參的值，這裡如果需要對實參進行保護，則需要在函數接口聲明形參為指向const類型的指針或引用。

有的時候，我們需要函數的傳回值是一個const對象，比如我們考慮一個有理資料類，我們給類定義了一個*的重載。

如果上面代碼中重載操作符傳回對象不是const類型，則a*b=c這個式子就成立，實際上這與我們的内置類型的算術運算原則違背了，而我們希望我們設計的類的操作意義要像内置内類一樣。

參考博文：

[1]:

[2]: