C++函数中const引用形参的一点理解

一、写在前面    

    作为一个初级而且想成为高级的程序员，对浩瀚的代码世界总是充满的好奇与学习的动力，哈哈，别笑，我是认真的。最近之所以频繁的更新博文，而且知识点相对比较广，但大多也是C++各方面的基础，再加上最近时不时度一些别人在微信公众号上推送的技术文章（如果你也想了解这些技术公众号，也可以关注我，我反正觉得蛮好的，查看这位博友的博文吧程序猿关注的微信公众号和网站），就产生了一些技术联想，恰好又在写代码的过程中用到了或遇到了，索性就把这些都记录下来吧。

二、CPU指令执行局部性原理

    一个编写良好的计算机程序代码常常具有良好的局部性，也就是说它们倾向于引用最近引用过的数据项本身，或者引用与最近引用过的数据项在内存空间（关于内存空间的解释请看一幅图理解计算机系统硬件组成）中相隔比较近的数据项，这种倾向性称为局部性原理。局部性原理包含两个方面的内容：时间局部性和空间局部性。所谓时间局部性指的是当前被引用的这个变量很可能在不久的将来（即几个机器指令周期之后）在此被引用；而空间局部性指的是CPU很可能在不久的将来引用与当前所引用变量内存空间中相邻的变量。这里举例两个时间局部性和空间局部性的例子，关于时间局部性，比如一个函数定义如下：

void fun(int n){    //数组a[100]是一个全局数组    for(int i=0; i<100; i++)    {        a[i] = a[i] + n;    }}

如果调用函数fun(10)，则在for循环内CPU每次都需要重新读取n的值（尽管现在一些编译器会做一定的优化），这就不是一个时间局部性良好的代码，可以修改为如下：

void fun(int n){    int a = n;    //定义局部变量，接管实参n的值，避免CPU每次都重新读取n的值，保证时间局部性    //数组a[100]是一个全局数组    for(int i=0; i<100; i++)    {        a[i] = a[i] + n;    }}

对于空间局部性，以访问二维数组为例：

void fun_1(int *a[M], int N){    //N为二维数组行数，M为二维数组列数    for(int i=0; i<N; i++)    {        for(int j=0; j<M; j++)        {            a[i][j] = a[i][j] + 1;        }    }}

void fun_2(int *a[M], int N){    //N为二维数组行数，M为二维数组列数    for(int i=0; i<M; i++)    {        for(int j=0; j<N; j++)        {            a[i][j] = a[i][j] + 1;        }    }}

比较函数fun_1()和fun_2()，可以发现，他们的函数体基本相同，都是包含两个for循环，也就是遍历二维数组的各个元素，但是函数fun_1()比fun_2()的空间局部性要好，为什么呢？因为二维数组在计算机内部是按行存储的。

三、C++中尽量使用const引用形参

    为什么呢？我的理解这也是为了保证时间局部性，在上面的例子中，我提到通过定义局部变量，即拷贝实参来保证时间局部性，但是当实参是一个很大的数组（数组无法拷贝）、或者是一个没有定义拷贝构造函数（关于C++拷贝构造函数可以链接深入理解C++对象模型之拷贝构造函数）的对象（这时编译器需要决定是否要合成拷贝构造函数，然后再执行相应的拷贝操作），但是拷贝的过程需要更长的时间消耗，本来定义一个局部变量是一种以内存空间换时间的概念，但是现在局部变量的拷贝时间太长，导致内存空间被消耗，同时并没有换取时间的减少，所以是得不偿失的，那怎么办呢？C++提供了const关键字，const关键字的作用很多，这里只解释它作为函数形参的一个作用，主要有两个作用：（1）它告诉编译器，这个参数是一个常量，首先你在函数内部不能改变它；（2）其次，如果在函数内部需要多次引用这个值，CPU不必每次都重新读取，直接使用第一次读取的值（我想应该是存放在寄存器文件中的）。

四、写在后面

    以下纯属个人理解，如有错误或不足的地方请批评指正。

    现在关于编写高效优质的代码有三种说法，一部分认为需要以内存空间换时间，因为现代计算机的内存速度、大小都有很大的进步，内存空间紧张已不再是问题；另一部分认为需要以时间换空间，因为他们任务现代计算机的计算单元的计算速度已经很快了，不需要考虑计算效率的问题；还有一部分人（那就是我，哈哈），综合前两种情况，在适当情况下，当然可以两种互换啦。