CONST的几种用法总结

关于C++中的const关键字的用法非常灵活，而使用const将大大改善程序的健壮性，参考了康建东兄的const使用详解一文，对其中进行了一些补充，写下了本文。

1.const常量，如const int max = 100;
优点：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，并且在字符替换时可能会产生意料不到的错误（边际效应）

2.const 修饰类的数据成员。如：
class A

{

const int size;

…

}

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。所以不能在类声明中初始化const数据成员，因为类的对象未被创建时，编译器不知道const 数据成员的值是什么。如

class A

{

const int size = 100; //错误

int array[size]; //错误，未知的size

}

const数据成员的初始化只能在类的构造函数的初始化表中进行。要想建立在整个类中都恒定的常量，应该用类中的枚举常量来实现。如

class A

{…

enum {size1=100, size2 = 200 };

int array1[size1];

int array2[size2];

}

枚举常量不会占用对象的存储空间，他们在编译时被全部求值。但是枚举常量的隐含数据类型是整数，其最大值有限，且不能表示浮点数。

3.const修饰指针的情况，见下式：

int b = 500;
const int* a = & [1]
int const *a = & [2]
int* const a = & [3]
const int* const a = & [4]

如果你能区分出上述四种情况，那么，恭喜你，你已经迈出了可喜的一步。不知道，也没关系，我们可以参考《Effective c++》Item21上的做法，如果const位于星号的左侧，则const就是用来修饰指针所指向的变量，即指针指向为常量；如果const位于星号的右侧，const就是修饰指针本身，即指针本身是常量。因此，[1]和[2]的情况相同，都是指针所指向的内容为常量（const放在变量声明符的位置无关），这种情况下不允许对内容进行更改操作，如不能*a = 3 ；[3]为指针本身是常量，而指针所指向的内容不是常量，这种情况下不能对指针本身进行更改操作，如a++是错误的；[4]为指针本身和指向的内容均为常量。

4.const的初始化

先看一下const变量初始化的情况
1) 非指针const常量初始化的情况：A b;
const A a = b;

2) 指针const常量初始化的情况：

A* d = new A();
const A* c = d;
或者：const A* c = new A();
3）引用const常量初始化的情况：
A f;
const A& e = f; // 这样作e只能访问声明为const的函数，而不能访问一

般的成员函数；

[思考1]：以下的这种赋值方法正确吗？
const A* c=new A();
A* e = c;
[思考2]：以下的这种赋值方法正确吗？
A* const c = new A();
A* b = c;

5.另外const 的一些强大的功能在于它在函数声明中的应用。在一个函数声明中，const可以修饰函数的返回值，或某个参数；对于成员函数，还可以修饰是整个函数。有如下几种情况，以下会逐渐的说明用法：A& operator=(const A& a);
void fun0(const A* a );
void fun1( ) const; // fun1( ) 为类成员函数
const A fun2( );

1）修饰参数的const，如 void fun0(const A* a ); void fun1(const A& a);
调用函数的时候，用相应的变量初始化const常量，则在函数体中，按照const所修饰的部分进行常量化，如形参为const A* a，则不能对传递进来的指针的内容进行改变，保护了原指针所指向的内容；如形参为const A& a，则不能对传递进来的引用对象进行改变，保护了原对象的属性。
[注意]：参数const通常用于参数为指针或引用的情况，且只能修饰输入参数;若输入参数采用“值传递”方式，由于函数将自动产生临时变量用于复制该参数，该参数本就不需要保护，所以不用const修饰。

下面，让我们来看一下const的最后一种用法。请看下面CopyClass函数和Value类的实现：

class Value {
public:
int GetValue() { return _value; }
private:
int _value;
}
bool CopyClass(Value & dest, const Value & src) {
int v = src.GetValue();
…………
}

　　请问：这段代码能编译通过吗？测试一下，果然出现了编译错误，错误出现在下面语句：
int v = src.GetValue(); // 编译错误，由于src为指向常量的引用，编译器无法确定GetValue函数是否改变了src的内容，所以禁止调用
　　那么，我们只能放弃使用const标识输入参数了吗？不，我们另有办法，只要把GetValue函数的定义作如下改变即可：
int GetValue() const { return _value; } // const表示对传递给它的this指针指向的内容（即Value类）不做任何改变
　　经过这样的改变，上述代码就能编译通过了，其他的程序员也可以很快的了解到，该成员函数只是输出类对象的内容，不会改变类对象的任何内容。

[总结]对于非内部数据类型的输入参数，因该将“值传递”的方式改为“const引用传递”，目的是为了提高效率。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)

2）修饰返回值的const，如const A fun2( ); const A* fun3( );
这样声明了返回值后，const按照"修饰原则"进行修饰，起到相应的保护作用。const Rational operator*(const Rational& lhs, const Rational& rhs)
{
return Rational(lhs.numerator() * rhs.numerator(),
lhs.denominator() * rhs.denominator());
}

返回值用const修饰可以防止允许这样的操作发生:Rational a,b;
Radional c;
(a*b) = c;

一般用const修饰返回值为对象本身（非引用和指针）的情况多用于二目操作符重载函数并产生新对象的时候。
[总结]

1.一般情况下，函数的返回值为某个对象时，如果将其声明为const时，多用于操作符的重载。通常，不建议用const修饰函数的返回值类型为某个对象或对某个对象引用的情况。原因如下：如果返回值为某个对象为const（const A test = A 实例）或某个对象的引用为const（const A& test = A实例），则返回值具有const属性，则返回实例只能访问类A中的公有（保护）数据成员和const成员函数，并且不允许对其进行赋值操作，这在一般情况下很少用到。

2.如果给采用“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。如：

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();

3.函数返回值采用“引用传递”的场合不多，这种方式一般只出现在类的赙值函数中，目的是为了实现链式表达。如：

class A

{…

A &operate = (const A &other); //负值函数

}
A a,b,c; //a,b,c为A的对象

…

a=b=c; //正常

(a=b)=c; //不正常，但是合法

若负值函数的返回值加const修饰，那么该返回值的内容不允许修改，上例中a=b=c依然正确。(a=b)=c就不正确了。
[思考3]：这样定义赋值操作符重载函数可以吗？
const A& operator=(const A& a);

6.类成员函数中const的使用
一般放在函数体后，形如：void fun() const;
任何不会修改数据成员的函数都因该声明为const类型。如果在编写const成员函数时，不慎修改了数据成员，或者调用了其他非const成员函数，编译器将报错，这大大提高了程序的健壮性。如：

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;

}

7.使用const的一些建议

1 要大胆的使用const，这将给你带来无尽的益处，但前提是你必须搞清楚原委；
2 要避免最一般的赋值操作错误，如将const变量赋值，具体可见思考题；
3 在参数中使用const应该使用引用或指针，而不是一般的对象实例，原因同上；
4 const在成员函数中的三种用法（参数、返回值、函数）要很好的使用；
5 不要轻易的将函数的返回值类型定为const;
6除了重载操作符外一般不要将返回值类型定为对某个对象的const引用;

[思考题答案]
1 这种方法不正确，因为声明指针的目的是为了对其指向的内容进行改变，而声明的指针e指向的是一个常量，所以不正确；
2 这种方法正确，因为声明指针所指向的内容可变；
3 这种做法不正确；
在const A::operator=(const A& a)中，参数列表中的const的用法正确，而当这样连续赋值的时侯，问题就出现了：
A a,b,c:
(a=b)=c;
因为a.operator=(b)的返回值是对a的const引用，不能再将c赋值给const常量。

几点值得讨论的地方：
（1）const究竟意味着什么？
说了这么多，你认为const意味着什么？一种修饰符？接口抽象？一种新类型？
也许都是，在Stroustup最初引入这个关键字时，只是为对象放入ROM做出了一种可能，对于const对象，C++既允许对其进行静态初始化，也允许对他进行动态初始化。理想的const对象应该在其构造函数完成之前都是可写的，在析够函数执行开始后也都是可写的，换句话说，const对象具有从构造函数完成到析够函数执行之前的不变性，如果违反了这条规则，结果都是未定义的！虽然我们把const放入ROM中，但这并不能够保证const的任何形式的堕落，我们后面会给出具体的办法。无论const对象被放入ROM中，还是通过存储保护机制加以保护，都只能保证，对于用户而言这个对象没有改变。换句话说，废料收集器（我们以后会详细讨论，这就一笔带过）或数据库系统对一个const的修改怎没有任何问题。
（2）位元const V.S. 抽象const?
对于关键字const的解释有好几种方式，最常见的就是位元const 和 抽象const。下面我们看一个例子：
class A
{
public:
......
A f(const A& a);
......
};
如果采用抽象const进行解释，那就是f函数不会去改变所引用对象的抽象值，如果采用位元const进行解释，那就成了f函数不会去改变所引用对象的任何位元。
我们可以看到位元解释正是c++对const问题的定义，const成员函数不被允许修改它所在对象的任何一个数据成员。
为什么这样呢？因为使用位元const有2个好处：
最大的好处是可以很容易地检测到违反位元const规定的事件：编译器只用去寻找有没有对数据成员的赋值就可以了。另外，如果我们采用了位元const，那么，对于一些比较简单的const对象，我们就可以把它安全的放入ROM中，对于一些程序而言，这无疑是一个很重要的优化方式。（关于优化处理，我们到时候专门进行讨论）
当然，位元const也有缺点，要不然，抽象const也就没有产生的必要了。
首先，位元const的抽象性比抽象const的级别更低！实际上，大家都知道，一个库接口的抽象性级别越低，使用这个库就越困难。
其次，使用位元const的库接口会暴露库的一些实现细节，而这往往会带来一些负面效应。所以，在库接口和程序实现细节上，我们都应该采用抽象const。
有时，我们可能希望对const做出一些其它的解释，那么，就要注意了，目前，大多数对const的解释都是类型不安全的，这里我们就不举例子了，你可以自己考虑一下，总之，我们尽量避免对const的重新解释。
（3）放在类内部的常量有什么限制？
看看下面这个例子：
class A
{
private:
const int c3 = 7; // ???
static int c4 = 7; // ???
static const float c5 = 7; // ???
......
};
你认为上面的3句对吗？呵呵，都不对！使用这种类内部的初始化语法的时候，常量必须是被一个常量表达式初始化的整型或枚举类型，而且必须是static和const形式。这显然是一个很严重的限制！
那么，我们的标准委员会为什么做这样的规定呢？一般来说，类在一个头文件中被声明，而头文件被包含到许多互相调用的单元去。但是，为了避免复杂的编译器规则，C++要求每一个对象只有一个单独的定义。如果C++允许在类内部定义一个和对象一样占据内存的实体的话，这种规则就被破坏了。
（4）如何初始化类内部的常量？
一种方法就是static 和 const 并用，在内部初始化，如上面的例子；
另一个很常见的方法就是初始化列表：
class A
{
public:
A(int i=0):test(i) {}
private:
const int i;
}；
还有一种方式就是在外部初始化，例如：
class A
{
public:
A() {}
private:
static const int i; file://注意必须是静态的！
}；
const int A::i=3;
（5）常量与数组的组合有什么特殊吗？
我们给出下面的代码：
const int size[3]={10,20,50};
int array[size[2]];
有什么问题吗？对了，编译通不过！为什么呢？
const可以用于集合，但编译器不能把一个集合存放在它的符号表里，所以必须分配内存。在这种情况下，const意味着“不能改变的一块存储”。然而，其值在编译时不能被使用，因为编译器在编译时不需要知道存储的内容。自然，作为数组的大小就不行了：）
你再看看下面的例子：
class A
{
public:
A(int i=0):test[2]({1,2}) {} file://你认为行吗？
private:
const int test[2];
}；
vc6下编译通不过，为什么呢？
关于这个问题，前些时间，njboy问我是怎么回事？我反问他：“你认为呢？”他想了想，给出了一下解释，大家可以看看：我们知道编译器堆初始化列表的操作是在构造函数之内，显式调用可用代码之前，初始化的次序依据数据声明的次序。初始化时机应该没有什么问题，那么就只有是编译器对数组做了什么手脚！其实做什么手脚，我也不知道，我只好对他进行猜测：编译器搜索到test发现是一个非静态的数组，于是，为他分配内存空间，这里需要注意了，它应该是一下分配完，并非先分配test[0],然后利用初始化列表初始化，再分配test[1],这就导致数组的初始化实际上是赋值！然而，常量不允许赋值，所以无法通过。
呵呵，看了这一段冠冕堂皇的话，真让我笑死了！njboy别怪我揭你短呀：）我对此的解释是这样的：C++标准有一个规定，不允许无序对象在类内部初始化，数组显然是一个无序的，所以这样的初始化是错误的！对于他，只能在类的外部进行初始化，如果想让它通过，只需要声明为静态的，然后初始化。
这里我们看到，常量与数组的组合没有什么特殊！一切都是数组惹的祸！
（6）this指针是不是const类型的？
this指针是一个很重要的概念，那该如何理解她呢？也许这个话题太大了，那我们缩小一些：this指针是个什么类型的？这要看具体情况：如果在非const成员函数中，this指针只是一个类类型的；如果在const成员函数中，this指针是一个const类类型的；如果在volatile成员函数中,this指针就是一个volatile类类型的。
（7）const到底是不是一个重载的参考对象？
先看一下下面的例子：
class A
{
......
void f(int i) {......} file://一个函数
void f(int i) const {......} file://上一个函数的重载
......
};
上面是重载是没有问题的了，那么下面的呢？
class A
{
......
void f(int i) {......} file://一个函数
void f(const int i) {......} file://？？？？？
......
};
这个是错误的，编译通不过。那么是不是说明内部参数的const不予重载呢？再看下面的例子：
class A
{
......
void f(int& ) {......} file://一个函数
void f(const int& ) {......} file://？？？？？
......
};
这个程序是正确的，看来上面的结论是错误的。为什么会这样呢？这要涉及到接口的透明度问题。按值传递时，对用户而言，这是透明的，用户不知道函数对形参做了什么手脚，在这种情况下进行重载是没有意义的，所以规定不能重载！当指针或引用被引入时，用户就会对函数的操作有了一定的了解，不再是透明的了，这时重载是有意义的，所以规定可以重载。
（8）什么情况下为const分配内存？
以下是我想到的可能情况，当然，有的编译器进行了优化，可能不分配内存。
A、作为非静态的类成员时；
B、用于集合时；
C、被取地址时；
D、在main函数体内部通过函数来获得值时；
E、const的 class或struct有用户定义的构造函数、析构函数或基类时；。
F、当const的长度比计算机字长还长时；
G、参数中的const；
H、使用了extern时。
不知道还有没有其他情况，欢迎高手指点：）
（9）临时变量到底是不是常量？
很多情况下，编译器必须建立临时对象。像其他任何对象一样，它们需要存储空间而且必须被构造和删除。区别是我们从来看不到编译器负责决定它们的去留以及它们存在的细节。对于C++标准草案而言：临时对象自动地成为常量。因为我们通常接触不到临时对象，不能使用与之相关的信息，所以告诉临时对象做一些改变有可能会出错。当然，这与编译器有关，例如：vc6、vc7都对此作了扩展，所以，用临时对象做左值，编译器并没有报错。
（10）与static搭配会不会有问题？
假设有一个类：
class A
{
public:
......
static void f() const { ......}
......
};
我们发现编译器会报错，因为在这种情况下static不能够与const共存！
为什么呢？因为static没有this指针，但是const修饰this指针，所以...
（11）如何修改常量？
有时候我们却不得不对类内的数据进行修改，但是我们的接口却被声明了const，那该怎么处理呢？我对这个问题的看法如下：
1）标准用法：mutable
class A
{
public:
A(int i=0):test(i) { }
void SetValue(int i)const { test=i; }
private:
mutable int test; file://这里处理！
}；
2）强制转换：const_cast
class A
{
public:
A(int i=0):test(i) { }
void SetValue(int i)const
{ const_cast <int>(test)=i; }//这里处理！
private:
int test;
}；
3）灵活的指针：int*
class A
{
public:
A(int i=0):test(i) { }
void SetValue(int i)const
{ *test=i; }
private:
int* test; file://这里处理！
}；
4）未定义的处理
class A
{
public:
A(int i=0):test(i) { }
void SetValue(int i)const
{ int *p=(int*)&test; *p=i; }//这里处理！
private:
int test;
}；
注意，这里虽然说可以这样修改，但结果是未定义的，避免使用！
5）内部处理：this指针
class A
{
public:
A(int i=0):test(i) { }
void SetValue(int i)const
{ ((A*)this)->test=i; }//这里处理！
private:
int test;
}；
6）最另类的处理：空间布局
class A
{
public:
A(int i=0):test(i),c('a') { }
private:
char c;
const int test;
};
int main()
{
A a(3);
A* pa=&a;
char* p=(char*)pa;
int* pi=(int*)(p+4）；//利用边缘调整
*pi=5; file://此处改变了test的值！
return 0;
}
虽然我给出了6中方法，但是我只是想说明如何更改，但出了第一种用法之外，另外5种用法，我们并不提倡，不要因为我这么写了，你就这么用，否则，我真是要误人子弟了：）
（12）最后我们来讨论一下常量对象的动态创建。
既然编译器可以动态初始化常量，就自然可以动态创建，例如：
const int* pi=new const int(10);
这里要注意2点：
1）const对象必须被初始化！所以(10)是不能够少的。
2）new返回的指针必须是const类型的。
那么我们可不可以动态创建一个数组呢？
答案是否定的，因为new内置类型的数组，不能被初始化。
这里我们忽视了数组是类类型的，同样对于类内部数组初始化我们也做出了这样的忽视，因为这涉及到数组的问题，我们以后再讨论。