C++中的const 引用

最近编程总遇到const的问题,于是就想总结一下,这里的总结不是想面面俱到,而是想把个人觉得有必要注意的问题和那些让人感觉const美妙的地方梳理一下,欢迎留言补充

本文大概将分三个层面

• const指针、const引用、const引用形参
• const在类中
• const与重载

------------- const指针、const引用、const引用形参 --------------------

【1】const修饰指针和引用

1. 术语“const引用”就是“指向const对象的引用”，习惯说成const引用与非const引用。这点与指针不同，指针中“const指针”与“指向const对象的指针”是不同的。

2. 值得注意的是：const引用和指向const对象的指针二者有一个共同点：const引用既可以指向const对象又可以指向非const对象；指向const对象的指针亦是如此.

3. 关于const指针与指向const对象的指针,举一个很简单例子

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int m=1, n=5;

const int *p1=&m;   //指向const对象的指针：const修饰的是*p1, 即*p1的值是只读的；但是p1这个指针是可以修改的。

int * const p2=&n;  //const指针：const修饰的是p2, 即p2这个指针是只读的；但是*p2的值是可以修改的。

p1=&n;              //p1的指针修改为变量n的地址，而这个地址就是p2,相当于p1=p2;

*p2=3;              //*p2的值修改为3，当然*p1的值也就是3

printf("%d %d\n",*p1,*p2);

【2】形参为const引用的好处

说到const，就不得不提const引用类型的形参，真正理解了const引用形参的好处，才发现它真是美妙的很

简单总结一下，欢迎补充

a. 当实参的类型比较大时，复制开销很大（形参初始化时），引用会“避免复制”。（这在传递类对象时比较常用）

b. “避免修改实参”，当使用引用时，如果调用者希望只使用实参并不修改实参，则const可以避免使用该引用修改实参

c. 相比非const引用形参，更具实用性：形参可以使用const对象初始化，可使用字面值或右值表达式的实参来初始化

下面各给一示例

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a. void search(const vector<int> & vec) 避免了实参的复制开销

b. 同a例，可避免对实参做出修改

c. 如下函数，调用时

void search(string & s);         调用： search("hello"); // Error 实参为字面值常量

void search(const string & s);   调用： search("hello"); // OK

再如

void search(int & v);            调用： search(v1+v2);   // Error 实参是一个右值，无法给引用赋值（需要左值）

void search(const int & v);      调用： search(v1+v2);   // OK

总结

    const的使得引用与指针的变化更加复杂，总体而言，const主要是保证了通过指针或者引用不修改原始的数据，但是至于原始的数据是否可以修改，这就需要参看数据的类型。

    在存在const的对象中，只能采用包含限定符const的引用或者指向const的指针来操作。

    const的引用比较强大，初始化的过程中可以采用任意的对象,const对象，非const对象，甚至其他类型的数据（尤其是在函数参数中的使用）。const引用支持隐式类型转换。而指向const的指针则不能，只能指向同一类型的数据，但是可以采用强制类型转换，初始化或者赋值过程中对数据类型没有要求，可以是const对象的地址，也可以是非const对象的地址。

    const引用和指向const对象的指针都是自己以为自己指向的对象是不能修改的，采用const的指针或者引用就能避免原始数据修改。

---------------const 在类中----------------------------------------

一般来讲，使用const修饰函数，则函数一定是类成员函数。

【1】const对象只能调用const成员函数 非const对象可以调用const成员函数

解释：不能将指向const对象的指针赋值给非const对象指针，而允许将非const对象指针赋值给指向const对象的指针。

为什么这样解释？这源自于调用成员函数时发生的事情：

调用成员函数时会发生的事情：将调用对象与函数绑定，即将成员函数隐含的形参this初始化为调用对象的地址。

因此，const对象传递的实参地址为const class * const this，而非const成员函数被调用时还是使用了class *const this的形参接收，结果就是把指向const对象的指针赋给非const对象的指针，这是不允许的，所以const对象只能调用const成员函数；后者同理，非const对象在调用const成员函数时实质上是将非const对象的指针（实参）赋值给了const对象指针（形参），而这又是可以的，故非const对象可以调用const成员函数。

【2】const成员变量不能被修改，且必须在初始化列表中赋值；

const成员函数不能改变成员变量, 且不能调用非const成员函数（即不可有改变值的企图）

相反，非const成员函数当然可以调用const成员函数

【3】const成员函数的返回值：值类型 & const引用类型  （不可返回非const引用）

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example.

class Vec

{

private:

    vector<string> textVec;

public:

    const string & text_line(size_t lineNum) const

    {

        return textVec.at(lineNum-1);

    }

};

如果成员函数为const，则对象调用该常函数传递this时已经变成了const对象，如果函数写成如下形式

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string & text_line(size_t lineNum) const

{

    return textVec.at(lineNum-1);

}

则编译会报错：不能将const string 转化为 string &，因为此时相当于将一个非const引用指向了一个const类型变量。故要返回引用就必须是const引用。

------------返回值类型---

当然还有其他的写法，即让函数返回值为值类型，即

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string text_line(size_t lineNum) const

{

    return textVec.at(lineNum-1);

}

此时实际上是做了一个内存拷贝，因为string是类类型，有人会问，那这样不是相当于一个const对象赋值给非const对象吗？

对于上述函数，实际是调用了string的拷贝构造，而且拷贝构造的参数便是const string类型，这里又涉及到const类型作参数的问题，上面已讲

对于函数的返回值为值类型，无非就两种，一种是普通的内置类型，进行赋值操作；一种是类类型，调用拷贝构造进行内存拷贝。如下：

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const int a = 9;

int b = a;   （int &bb = a; // error）  // 赋值

const set<int> s;

set<int> ss = s;   // 内存拷贝

所以我们要注意：

不可以将const对象指针或引用赋值给非const对象的指针和引用，但是可以将const对象初始化给非const对象；

const与非const在对象层次（not引用或指针层次）上的互相赋值是允许的，可逆的；就像

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const int a = 9;

int aa = a;

const int aaa = aa;

-------------------const与重载---------------------------------------

基于const重载的情况有两种，一种是基于函数形参类型是否为const的重载；一种是基于类成员函数是否为const的重载

【1】   基于函数形参类型是否为const的重载

当且仅当形参为引用或指针类型时，形参是否为const才有影响

-----引用类型----

可基于函数的引用形参是指向const对象还是指向非const对象，实现重载，示例如下：

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A: void search(Student &);

B: void search(const Student &);

const Student a;

Student b;

search(a);  // 调用B

search(b);  // 调用A

注：根据上面讲的我们知道，如果形参是普通引用，则不能将const对象传递给该形参。

如果传递的是非const对象，按上面提到的，这两种函数都是可行的，因为非const对象既可用于初始化const引用，也可初始化非const引用。那么没有二义性么？

这就是编译器在调用函数时遵循的原则首先是“精确匹配”，我们知道，将const引用初始化为非const对象需要隐式转换的，所以不符合精确匹配，故调用A。

-----指针类型----

基于指针形参的const重载与引用是一样的。只是有一个问题要注意：

上面术语说到const引用就是指向const对象的引用，指针则区别于const指针和指向const对象的指针。

所以要注意：不能基于指针本身是否为const来重载函数

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void search(int * ptr);

void search(int * const ptr);

// 这不能实现重载，指针本身是否const并不会带来区别

// 在函数调用时，形参都复制了指针的值

【2】   基于类成员函数是否为const的重载

在类中，基于成员函数是否为const，可重载一个成员函数，如下

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class Vec

{

private:

    vector<string> textVec;

public:

    const string & text_line(size_t lineNum) const

    {

        return textVec.at(lineNum-1);

    }

    string & text_line(size_t lineNum)

    {

        return textVec.at(lineNum-1);

    }

};