const关键字及其相关用法

在C++中，const是一个威力巨大的关键字，它在提高程序性能以及代码健壮性、侦测潜在的未知错误和简化代码方面，有不可忽略的功劳。

Scott Meyers的经典C++著作《Effective C++》拿出单独的一章来介绍const，并且在多个章节中介绍const特性的具体功能实现，从中我们可以知道const在C++中的重要性。

const是指定一种语义约束，指明这个变量不应该被改动，或者指明一个函数不应该在其内部改变变量的状态。这种约束是由编译器强制实现。这就避免了由于我们的疏忽而导致的无法侦测的错误。const的行为多种多样，它可以修饰：

1.常量（包括指针）

2.函数体

3.函数形式参数与返回类型

4.与static组合使用

1.修饰常量

const在C++中用法最多的便是定义一个常量。const定义的常量可以在global作用域，也可以定义在一个class作用域中。当在global作用域中定义一个常量的时候，必须指定一个初始值，如：const int a = 10; 但是，在类的内部定义一个常量的，同样必须给定一个初始值，但是这个初始值不应该像global作用域中一样，直接赋值。例如：

class Test

{

public:

Test() {}

// other function

private:

const int a = 10;

};

这种写法是错误的，因为C++规定，所有成员变量的初始化，必须放在构造函数当中，也就是说，我们必须将a放在Test()函数中进行初始化。关于类成员对象的初始化，有必要多说一句。在C++的构造函数中，很多人认为，函数的初始化是在进入的构造函数后才进行的。其实这是错误的。构造函数的功能分为两个部分：1.初始化阶段 2 普通计算阶段。也就是说，在进入到构造函数体内之前，成员变量会完成初始化，进入函数体内的所谓的“初始化行为”，其实是赋值。在进入函数体之前如果初始化呢？C++构造函数为了确保所有成员变量进入到函数体之前被初始化，提供了一种机制，叫做“成员初始化列表”。写法如下：

class Test

{

public:

Test() : a(10)

{}

// other function

private:

const int a ;

};

在进入构造函数之前，用冒号表明这是一个成员初始化列表，然后依次初始化每一个成员变量。成员变量的初始化次序是跟声明顺序相同。而且C++规定，const常量与引用必须在成员初始化列表中初始化。因为const与引用的性质就是在初始化的时候必须明确的给定一个值。如果进入到构造函数体中，则不再是初始化，而是赋值了。为了提高效率，所有的大对象(一般是我们自己定义的类型以及STL类型)应该在构造函数初始化列表中初始化。

言归正传，在一个类内部定义一个const常量，同样也可以跟static组合，变成一个类的专属常量。它的初始化方式不再是上面我们所说的在构造函数里面进行初始化。而是类似于普通的static对象。这里就不在赘述了。

关于const常量，不得不提使用const修饰指针。const可以修饰指针，也可以修饰指针所指物。Effective C++上对于这一块讲解的相当的详细。“如果关键在const出现在*左边，表示被指物是常量，如果出现在*右边，表明指针自身是常量。如果出现在*两边，表明被指物跟指针两者都是常量”（《Effective C++ 3rd》P18）。所以说，以下两种写法要表达的意思是相同的：

int const * p = &a;

const int *p = &a;

2.修饰函数体

在一个类中，如果我们希望这个函数不应该改变调用者的状态，则应该明确的告诉编译器，这是一个const成员函数，使用方法便是在函数声明后面添加关键字const。const成员函数是操作const对象成为可能。还有一点需要注意，如果两个成员函数只是const属性不同的话，可以重载。

关于const成员函数，Effective C++中讲到一点，就是关于在简化程序方面，通过两次强制转化，使用non-const版本的成员函数去调用const版本的成员函数。如果两个成员函数只有const属性不同的话，这样做可以极大的简化程序代码，是程序看上去简洁，便于理解。但是，由于使用了强制类型转换，也存在潜在的安全性问题。当遇到这种情况的时候，你可以在安全性与代码易读性两者之间权衡，找到最适合自己的解决方案。

现在我们可以看Scott Meyers给的例子：

class TextBlock
{
public:
TextBlock() {}
~TextBlock() {}

// 成员函数的non-const版本
char& operator[] (size_t position)
{
return text[position];
}
// 成员函数的const版本
const char& operator[] (size_t position) const
{
return text[position];
}
private:
std::string text;
};

我们定义了两个成员函数，一个const版本，和一个non-const版本，两者除了const属性不同以外，函数的内容完全相同。这个例子很简单，但是，如果这两个函数的函数体是几十甚至上百行的话，有时候自己看到重复的两段代码，心里都有想砸电脑的冲动。此时，我们可以使用non-const版本去调用const版本，但是需要进行两次强制转化。一次是对*this添加const属性，另一个是对返回值去除const属性。此时的代码修改如下：

class TextBlock
{
public:
TextBlock() {}
~TextBlock() {}

const char& operator[] (size_t position) const
{
return text[position];
}
// 调用const版本
char& operator[] (size_t position)
{
return const_cast<char&>(static_cast<const TextBlock&>(*this)[position]);
}

private:
std::string text;
};

如果我们反向的调用，即使用const调用non-const版本来是程序简化，避免重复的方法是不行的。因为const成员函数保证不会改变对象的逻辑状态，但是non-const则不会有这种限制，所以，如此的调用会违背const成员函数的基本功能，因为对象可能被改动。可能有人会想，我们可以使用强制转换，将const属性移除以后再去调用它的non-const版本，但是，这会产生一些潜在的安全问题。因为non-const可以对对象做任何操作，而const成员函数是保证对象的逻辑状态不会发生任何改变的。相反，我们使用non-const去调用const版本的成员函数则是安全的。

注：成员函数的const属性意味着什么？可以参看《Effective C++》条款2  P21。很有意思的一次哲学思辨。