const 详解

2007-07-31 22:15

第5章 常量

            常量是一种标识符，它的值在运行期间恒定不变。C语言用 #define来定义常量（称为宏常量）。C++ 语言除了 #define外还可以用const来定义常量（称为const常量）。

5.1 为什么需要常量

如果不使用常量，直接在程序中填写数字或字符串，将会有什么麻烦？

（1） 程序的可读性（可理解性）变差。程序员自己会忘记那些数字或字符串是什么意思，用户则更加不知它们从何处来、表示什么。

（2） 在程序的很多地方输入同样的数字或字符串，难保不发生书写错误。

（3） 如果要修改数字或字符串，则会在很多地方改动，既麻烦又容易出错。

【规则5-1-1】 尽量使用含义直观的常量来表示那些将在程序中多次出现的数字或字符串。

例如：

             #define              MAX        100            /*       C语言的宏常量       */

            const int            MAX = 100;           //       C++ 语言的const常量

            const float          PI = 3.14159; //       C++ 语言的const常量

5.2 const 与 #define的比较

         C++ 语言可以用const来定义常量，也可以用 #define来定义常量。但是前者比后者有更多的优点：

（1） const常量有数据类型，而宏常量没有数据类型。编译器可以对前者进行类型安全检查。而对后者只进行字符替换，没有类型安全检查，并且在字符替换可能会产生意料不到的错误（边际效应）。

（2） 有些集成化的调试工具可以对const常量进行调试，但是不能对宏常量进行调试。

      【规则5-2-1】在C++ 程序中只使用const常量而不使用宏常量，即const常量完全取代宏常量。

5.3 常量定义规则

      【规则5-3-1】需要对外公开的常量放在头文件中，不需要对外公开的常量放在定义文件的头部。为便于管理，可以把不同模块的常量集中存放在一个公共的头文件中。

      【规则5-3-2】如果某一常量与其它常量密切相关，应在定义中包含这种关系，而不应给出一些孤立的值。

例如：

            const       float        RADIUS = 100;

            const       float        DIAMETER = RADIUS * 2;

5.4 类中的常量

有时我们希望某些常量只在类中有效。由于#define定义的宏常量是全局的，不能达到目的，于是想当然地觉得应该用const修饰数据成员来实现。const数据成员的确是存在的，但其含义却不是我们所期望的。const数据成员只在某个对象生存期内是常量，而对于整个类而言却是可变的，因为类可以创建多个对象，不同的对象其const数据成员的值可以不同。

         不能在类声明中初始化const数据成员。以下用法是错误的，因为类的对象未被创建时，编译器不知道SIZE的值是什么。

         class A

         {…

             const int SIZE = 100;        // 错误，企图在类声明中初始化const数据成员

             int array[SIZE];             // 错误，未知的SIZE

         };

const数据成员的初始化只能在类构造函数的初始化表中进行，例如

         class A

         {…

             A(int size);             // 构造函数

             const int SIZE ;    

         };

         A::A(int size) : SIZE(size) // 构造函数的初始化表

         {

           …

         }

         A       a(100);       // 对象 a 的SIZE值为100

         A       b(200);       // 对象 b 的SIZE值为200

         怎样才能建立在整个类中都恒定的常量呢？别指望const数据成员了，应该用类中的枚举常量来实现。例如

         class A

         {…

             enum { SIZE1 = 100, SIZE2 = 200}; // 枚举常量

             int array1[SIZE1];  

             int array2[SIZE2];

         };

            枚举常量不会占用对象的存储空间，它们在编译时被全部求值。枚举常量的缺点是：它的隐含数据类型是整数，其最大值有限，且不能表示浮点数（如PI=3.14159）。

 

11.1 使用const提高函数的健壮性

看到const关键字，C++程序员首先想到的可能是const常量。这可不是良好的条件反射。如果只知道用const定义常量，那么相当于把火药仅用于制作鞭炮。const更大的魅力是它可以修饰函数的参数、返回值，甚至函数的定义体。

const是constant的缩写，“恒定不变”的意思。被const修饰的东西都受到强制保护，可以预防意外的变动，能提高程序的健壮性。所以很多C++程序设计书籍建议：“Use const whenever you need”。

11.1.1 用const修饰函数的参数

如果参数作输出用，不论它是什么数据类型，也不论它采用“指针传递”还是“引用传递”，都不能加const修饰，否则该参数将失去输出功能。

const只能修饰输入参数：

            如果输入参数采用“指针传递”，那么加const修饰可以防止意外地改动该指针，起到保护作用。

例如StringCopy函数：

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

其中strSource是输入参数，strDestination是输出参数。给strSource加上const修饰后，如果函数体内的语句试图改动strSource的内容，编译器将指出错误。

 

            如果输入参数采用“值传递”，由于函数将自动产生临时变量用于复制该参数，该输入参数本来就无需保护，所以不要加const修饰。

例如不要将函数void Func1(int x) 写成void Func1(const int x)。同理不要将函数void Func2(A a) 写成void Func2(const A a)。其中A为用户自定义的数据类型。

            对于非内部数据类型的参数而言，象void Func(A a) 这样声明的函数注定效率比较底。因为函数体内将产生A类型的临时对象用于复制参数a，而临时对象的构造、复制、析构过程都将消耗时间。

为了提高效率，可以将函数声明改为void Func(A &a)，因为“引用传递”仅借用一下参数的别名而已，不需要产生临时对象。但是函数void Func(A &a) 存在一个缺点：“引用传递”有可能改变参数a，这是我们不期望的。解决这个问题很容易，加const修饰即可，因此函数最终成为void Func(const A &a)。

以此类推，是否应将void Func(int x) 改写为void Func(const int &x)，以便提高效率？完全没有必要，因为内部数据类型的参数不存在构造、析构的过程，而复制也非常快，“值传递”和“引用传递”的效率几乎相当。

         问题是如此的缠绵，我只好将“const &”修饰输入参数的用法总结一下，如表11-1-1所示。

对于非内部数据类型的输入参数，应该将“值传递”的方式改为“const引用传递”，目的是提高效率。例如将void Func(A a) 改为void Func(const A &a)。

对于内部数据类型的输入参数，不要将“值传递”的方式改为“const引用传递”。否则既达不到提高效率的目的，又降低了函数的可理解性。例如void Func(int x) 不应该改为void Func(const int &x)。

对于非内部数据类型的输入参数，应该将“值传递”的方式改为“const引用传递”，目的是提高效率。例如将void Func(A a) 改为void Func(const A &a)。

 

对于内部数据类型的输入参数，不要将“值传递”的方式改为“const引用传递”。否则既达不到提高效率的目的，又降低了函数的可理解性。例如void Func(int x) 不应该改为void Func(const int &x)。

 

表11-1-1 “const &”修饰输入参数的规则

11.1.2 用const修饰函数的返回值

            如果给以“指针传递”方式的函数返回值加const修饰，那么函数返回值（即指针）的内容不能被修改，该返回值只能被赋给加const修饰的同类型指针。

例如函数

             const char * GetString(void);

如下语句将出现编译错误：

             char *str = GetString();

正确的用法是

             const char *str = GetString();

         如果函数返回值采用“值传递方式”，由于函数会把返回值复制到外部临时的存储单元中，加const修饰没有任何价值。

         例如不要把函数int GetInt(void) 写成const int GetInt(void)。

         同理不要把函数A GetA(void) 写成const A GetA(void)，其中A为用户自定义的数据类型。

         如果返回值不是内部数据类型，将函数A GetA(void) 改写为const A & GetA(void)的确能提高效率。但此时千万千万要小心，一定要搞清楚函数究竟是想返回一个对象的“拷贝”还是仅返回“别名”就可以了，否则程序会出错。见6.2节“返回值的规则”。

            函数返回值采用“引用传递”的场合并不多，这种方式一般只出现在类的赋值函数中，目的是为了实现链式表达。

例如

         class A

         {…

             A & operate = (const A &other); // 赋值函数

         };

         A a, b, c;           // a, b, c 为A的对象

         …

         a = b = c;               // 正常的链式赋值

         (a = b) = c;             // 不正常的链式赋值，但合法

如果将赋值函数的返回值加const修饰，那么该返回值的内容不允许被改动。上例中，语句 a = b = c仍然正确，但是语句 (a = b) = c 则是非法的。

11.1.3 const成员函数

         任何不会修改数据成员的函数都应该声明为const类型。如果在编写const成员函数时，不慎修改了数据成员，或者调用了其它非const成员函数，编译器将指出错误，这无疑会提高程序的健壮性。

以下程序中，类stack的成员函数GetCount仅用于计数，从逻辑上讲GetCount应当为const函数。编译器将指出GetCount函数中的错误。

         class Stack

{

           public:

             void         Push(int elem);

             int          Pop(void);

             int          GetCount(void)       const;       // const成员函数

           private:

             int          m_num;

             int          m_data[100];

};

 

         int Stack::GetCount(void)       const

{
             ++ m_num;        // 编译错误，企图修改数据成员m_num

         Pop();           // 编译错误，企图调用非const函数

         return m_num;

         }

         const成员函数的声明看起来怪怪的：const关键字只能放在函数声明的尾部，大概是因为其它地方都已经被占用了。