C++ 描述字之const （1）

        const可能是C++最受欢迎的描述字了。他提供了更好的安全语义。很多企业在面试的时候经常抛出诸如“请谈谈const的用法”之类的题目。

const描述字允许我们提供一个语义约束：声称其被描述的对象具有“不该被改动”的性质，令人感到兴奋的是，编译器会强制实施这项约束。同时，他也允许告诉编译器和其他程序员，某些值应该保持不变。const多才多艺，在许多语境下可以用到他：变量、指针、对象、参数、返回值甚至函数本身。现在把const在C/C++中的用法作一个总结。

1．C中的const

       在C中的const主要用于描述变量、指针以及函数声明，我们一步步来。

1.1 变量

以下是const修饰变量时的常用用法：

cpp 代码

const int SIZE = 1024;
const double PI = 3.1415926;

<o:p></o:p>

       他为程序引入一个常量，以防止出现太多的“Magic Number”，同时也是为了能够方便的维护。在C中，我们也可以用#define来达到同样的目的：

cpp 代码

#define SIZE 1024
#define PI 3.1415926

不过其中存在一些微妙的区别，以至于我们强烈推荐使用const而不是#define来引入一个常量。原因如下：

       #define语句是一个预处理命令，他在编译器对源代码进行编译之前，就把所有的“名称”用“值”所替换了。所以，我们的程序中，其实并没有包括SIZE或PI这样的字，而是1024和3.1415926，因此，也更加不会有SIZE或PI的类型信息。所以，概括来说，用#define来引入常量有两点缺陷：

1．  我们所使用的名称没有被引入符号表（symbol table）；

2．  他抛弃了名称的类型信息；

第一点会在调试、维护阶段添不少麻烦。可以说，用#define仅仅屏蔽了“开发期”的Magic Number。而第二点，部分的放弃了C++蕴含的严格的类型检查机制所带来的种种益处。综合考虑，我们强烈推荐在C/C++中用const替代#define。

此外，还有一个传说中的“the enum hack”，用一个无名的enum来引入常量。其用法是：

<o:p> </o:p>

cpp 代码

enum { SIZE = 1024, MAX = 4096 };

    从某方面来讲，enum与#define有些相似，有时候这是必须的。取enum或者#define常量的地址是不合法行为，但取const常量的地址就是合法的。如果你不想别人取得你常量的指针或者引用，同时你也不希望与#define带来的缺点进行某种“妥协”，那么enum会是一个很好的选择。我们应该认识enum hack的动力还来自于，很多现存的C++代码都大量的使用了这个技巧，我们应该认识他们。

1.2 指针

    指针从某方面来说也是一种变量，所以上一小节所述同样也适用。不过还是有两点要注意：

    首先指针蕴含两方面内容：指针本身以及所指对象，可以针对这两部分分别使用const描述字：

cpp 代码

char greeting[] = “hello”;
char * p = greeting;              //non-const ptr, non-const data;
const char * p = greeting;        //non-const ptr, const data;
char * const p = greeting;        //const ptr, non-const data;
const char * const p = greeting;  //const ptr, const data;

    同时，还应该注意到，const char *和char const *并没有什么不同，个人习惯罢了。虽然变化多端，却并不高深莫测：星号右边的[1]const描述指针本身；星号左边的const描述所指对象。

    第二点，由于常量指针经常用于引入常量字符串，所以我们在头文件中经常看见上述用法。不过，这并不是一个好想法。如果我们的想法确实是引入字符串常量，请尝试使用：

<o:p> </o:p>

cpp 代码

const std::string GREETING(“hello”);

1.3 函数声明

    const最具威力的用法就是在函数声明时的应用。

    关于const参数，没有什么特别新颖的观念。唯一需要注意的就是，尽量在不会被修改的参数前面加上const。只不过多打6个字母，却可以在以后很长时间内，省下那些恼人的错误。这也是C++中为数不多的，很“便宜”的好处，尽量的使用吧！如果还想深入一点，就需要注意以下问题：由于种种原因[2]，利用const来区分“需要改动”和“不需要改动”的参数，并不是一种“万能公式”。幸好，经过我们精心修改以后的“公式”，在大多数场合都是适用的：

1．  如果参数是内置类型，请使用Type *和Type来加以区分；

2．  如果参数是用户自定类型，并且具有较复杂的构造-析构函数，请使用Type &和  const Type &来加以区分；

关于返回值，也差不多这样：返回一个内置类型的时候，按值返回就好了；当返回一个用户自定义类型时，最好采用const Type。原因是：良好的自定义类型应该避免无端的与内置类型不兼容。而改动内置类型返回值是不合法的，所以，我们也最好为我们自己的类型提供这个“安全锁”。这样，往往可以降低因客户错误而造成的意外，而又不至于放弃安全性和高效性。

2．面向对象中的const

       这一章我们从前面一章的内容过渡到成员函数上，然后最后讨论以下有关bit const和logical const的相关概念。

2.1 过渡

       第一章的内容大部分都可以适用于这一章。但有两点需要注意：

       首先，关于常量初始化的问题。因为const变量一旦定义后即不可更改，所以在global域或者namespace域[3]中使用const常量，通常（也必须）把声明和定义放在一起。在面向对象部分则不能这么干。因为类定义不可以对数据成员进行初始化（虽然有些编译器允许），所以就要另外找个地方对const数据成员进行初始化。构造函数？不。按照构造函数的语义，他是在已经“创造”了一个对象后，才进行的一些初始化操作。而按照用户自定义类中的常量语义，他应该在此之前就存在。所以应该（事实上也必须）在成员初始化列表中对数据常量进行定义。

cpp 代码

class A {
  const int MAX_SIZE;
  int* arr;
public:
  A(void)
  : MAX_SIZE(1024),
    arr(new int [MAX_SIZE] ) {
    for(int i=0; i
      arr[i] = i;
  }
  ~A() {}
  void print(void) {
  for(int i=0; i
    std::cout << arr[i] << std::endl;
  }
};

     这样做有着清晰却复杂的语法。所以另外一种妥协方式就是“the enum hack”：

 cpp 代码

 

 

class A {
  enum { MAX_SIZE = 1024 };
  int* arr;
public:
  A(void)
  : arr(new int [MAX_SIZE] ) {
    for(int i=0; i
      arr[i] = i;
  }
…
};

    简洁明了，这也是为什么现有代码大量使用这种技术的原因。不过他也有个显见的缺点：不能引入除整型以外其他类型的常量。

2.2 const成员函数

     const还可以修饰类的成员函数。

像函数参数一样，类的成员函数也可以划分两类：修改数据成员和不修改数据成员。当我们声明一个成员函数的时候，编译器会默认其为修改数据成员的函数，我们称这种为non-const成员函数（non-const member function），而与之对应的称为const成员函数（const member function）。同时，C++规定，对于用const声明的类对象如：

<o:p> </o:p>

cpp 代码

const A test_A;

    不能调用其non-const成员函数，而只能调用const成员函数。也就是说如果我们不采取一些措施来通知编译器，那么按默认规则，test_A将不能调用任何成员函数（构造和析构函数除外）。

cpp 代码

const A test_A;
//Error!
//const object can not call non-const member function;
test_A.print();

     改善C++程序效率的一个根本办法是以const Type &来传递对象，而这技术可行的前提是可以调用const对象的const成员函数。所以在设计类的成员函数的时候，我们就一定要明确区分那些是const成员函数，哪些是non-const成员函数，并且在const成员函数的参数列表和分号之间，使用const描述字，例如class A中：

 cpp 代码

class A {
  …
  void print(void) const {
    for(int i=0; i
      std::cout << arr[i] << std::endl;
  }

};

int main(void) {
  const A test_A;
  test_A.print();  //OK!
  return 0;
}

    同时注意，如果成员函数的常量性不同可以被重载。例如：

 cpp 代码

class A {
  …
  void print(void){
  for(int i=0; i
    std::cout << arr[i] << std::endl;
  }
  void print(void) const {
  for(int i=0; i
    std::cout << arr[i] << std::endl;
  }
};

int main(void) {
  const A const_A;
  A non_const_A;
  const_A.print();      //const version print();
  non_const_A.print();  //non-const version print();

  return 0;
}

---

 

[1] 距离指针变量最近的，按照英语定语修饰习惯，应该是描述最直接的、关键的性质；较远的描述间接的、次要的性质。

[2] 为了不离题太远，这里就不具体说明了。

[3] global域或者namespace域：函数块、类块以外域。