C++中const与指针、引用的分析
来源:互联网 发布:淘宝美图软件 编辑:程序博客网 时间:2024/05/01 09:03
C++中函数的参数相比C语言中的函数参数要复杂的多,其中主要的原因是C++中引入了引用以及const限定符。这两个对象的引入,使得C++中的函数参数变得异常的复杂多变,每一种类型都具有比较适合的使用范围。
本文详细的分析const与指针、引用在一起存在情况下的情况分析。
首先介绍引用
引用是对象的别名,必须在初始化的过程中与一个具体的对象绑定起来,绑定完成以后就再也不能够修改了,引用貌似和指针有很大的相似性,但是引用是引用,是一个别名,而指针是一个变量,只是变量中保存的是对象的地址,引用并不分配新的内存空间。因此一个引用与一块内存区域绑定,是这块内存区域的别名,就如同数组名一样,数组是内存中的一块区域,数组名是这块区域的名字,但是在内存中并不存在额外的区域保存数组名。引用就是一块内存区域的别名。C++中变量实质上就是一块内存区域,我们在用&i就可以得到变量i的地址,也就是说变量是这块区域的名字。对变量的操作实质上就是对这块内存中内容的操作。别名是这块区域的另一个名字。采用任何一个名字对这块区域修改都会影响区域的内容。
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- int vari = 10;
- int &refr= vari;
- vari = 20;
- cout << refr<< " " << vari<< endl;
- refr = 30;
- cout << refr<< " " << vari<< endl;
其次说说const限定符
const的引入使得在函数操作中的一些问题复杂了,但是更加的合理了,const限定符是指上是指一个常量。这个常量在一般的情况下就是限定变量不能修改,但是当这个限定符与引用、指针结合在一起时,使得很多的问题不在明朗。
1、const与指针
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- int *ptr;
- const int*ciptr;
- int const*icptr;
- int * const cptr;
- const int* const cicptr;
上面是关于const与指针结合时的各种情况,这并不只是C++中经常遇到的问题,在C语言中也会有类似的讨论,虽然const并不是C语言中的关键字。
int * ptr 是指定义一个指向int 类型的指针ptr。
const int *ciptr 是指定义一个指向const int 类型的指针ciptr,这是const 限定的是(* ciptr),也就是对指针解引用,即const限定的就是数据本身,而非指针。所以ciptr是一个指向常int型数据的指针。
int const * icptr其实和上面的const int *ciptr是一致的因为const只是一个限定符,在int前还是后都 没有影响,他限定的仍然是(*icptr),并不是icptr,也就是icptr也是指向常int型数据的指针,也就是说在icptr这个指针看来,它指向的数据是常数,是不能改变的,但是是否真的不能改变,需要依据实际的类型的分析,只是不能通过这个指针来改变。也就是说该指针是一个自以为自己指向常量的指针。
int * const cptr 这时候我们还是结合const的位置分析,const限定的是cptr,cptr我们可以知道是一个指针,也就是说const限定的是一个指针,而不是指针指向的数据,也就是说这种定义实质上是定义一个常指针,也就是指针指向的地址是不变的,也就是cptr是不能被赋值的,不能采用这个指针指向其他的对象或者地址。但是这个地址中的数据并不是常数,是可以改变的,可以通过对*cptr进行修改。这种指针实质上也就使得指针的效果大大减小,并不常用。
const int * const cicptr 这种定义结合上面的分析我们知道是一个指向常量的常指针,也就说这个指针指向的地址是一个常地址,指针不能指向其他的对象或者地址。同时对指针cicptr来说,我指向的这个地址中的内容也是不能修改的,是一个常量,是不能修改的,但是该地址的数据能否修改还需要进行实际的分析。
2、关于指针的初始化、赋值的问题
对于const类型的数据,如果需要定义指针,这时候只能定义const类型的数据,这是为什么呢?因为对于const对象来说,数据是肯定不能修改的,如果定义指向非const的指针,程序员可能就会通过指针来修改对象的值,但是const对象是不能被修改的,肯定会出现错误。因此const的变量只能采用指向常量的指针来指向。一般来说如果将一个非const指针指向了一个const对象,编译的过程中就会抛出如下的错误:
3、const与引用
- invalid conversion from ‘const int*’ to ‘int*’
但是对于指向常量的指针并不一定指向的数据就是常量,这是一个非常重要的技术点,指向常量的指针指向的数据只是针对这个指针而言,他认为自己指向的数据是常量,休想通过他来修改指向的对象。也就是说指向常量的指针在初始化、赋值的时可以初始化或者赋值为非const变量的地址,即可以指向非const的对象,只是不能通过该指针来修改对象罢了。
同时需要注意:对于指向const的指针,初始化过程比较方便,不要求是const对象的地址,可以采用非const对象的地址初始化,甚至还可以采用指向非const的指针直接赋值初始化,这时指针自己认为自己指向的对象是常量。但是不能将指向const的指针直接赋值给指向非const的指针,如果不小心赋值也会出现上面出现的问题。下面参看一段小的代码,说明其中的一些问题。
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- #include <iostream>
- #include <string>
- #include <vector>
- using namespace std;
- int main()
- {
- int num = 20;
- const int array_size = 10;
-
- int *pnum= #
- const int * cpnum = #
- /*constint *指针可以采用int*指针直接初始化*/
- const int *csize1 = pnum;
- /*但是int* 指针不能采用const int*制作初始化*/
- //int*psize = &array_size;
- /*const类型数据只能采用指向const的指针来指向*/
- const int *csize = &array_size;
- cout <<"Before change..." << endl;
- cout <<"The num of num = " << num << endl;
- cout <<"*pnum = " <<*pnum <<" "
- <<"*cpnum = " <<*cpnum <<" "
- <<"csize1 = " <<*csize1 << endl;
- num = 30;
-
- cout <<"After changed..." << endl;
- cout <<"The num of num = " << num << endl;
- cout <<"*pnum = " <<*pnum <<" "
- <<"*cpnum = " <<*cpnum <<" "
- <<"csize1 = " <<*csize1 << endl;
- return 0;
- }
从上面的结果我们可以知道指向const的指针可以采用非const变量的地址进行初始化或者赋值操作,同时也可以采用指向非const指针直接初始化指向const的指针。同时指向const的指针不能赋值给指向非const的指针,会出现const int *不能转换到int *的问题。
3、const与引用
关于const和引用在一起情况下也存在一些类似于指针的情况,但是毕竟引用相比指针要简单,这时候情况也比较简单.但是我认为分析引用应该与分析指针是一样也存在类似的问题。但是引用就只有两种,非const的引用和const的引用。
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- int num = 10;
- int &newname= num;
- const int&othername = num;
引用主要是上面的两种,这两种的区别相对来说比较大,而且加入了const限定符以后,引用的能力往往变的更加的强大。
一般来说对于const对象而言,一般只能采用const引用,这与前面的const对象只能采用指向const对象的原因是一样的,如果对引用没有进行限定,可能会通过引用修改数据,这是不允许的。也就是说const引用与指向const对象的指针有一定的相似性,即不能通过这个引用或者指针来修改原来的数据。保证数据的const特性。也就是说非const引用不能引用const对象,如果不小心引用编译器会出现下面的错误:
但是往往const引用的初始化并不一定要去对象是const的,甚至可以是不同类型的对象,这种优越性是连指针(指针只能指向同一类型的数据,如果一定要指向需要强制类型转换)都没有的,也就是可以将不同类型的非const或者const对象来初始化一个const引用。但是这个const限定符就限定了该引用指向的对象是不能通过该引用来修改的。如果尝试采用const的引用进行修改,编译器会出现如下的错误:- invalid initialization of reference of type ‘int&’ from expression of type ‘const int’
因此非const引用只能针对非const的同类型数据。这是需要注意的。比如string,和字符串字面值都不能直接引用。因为类型不相同,这是在C++函数定义中经常出现的问题,在后期的博文中再分析。在引用中加入const的就是对于这个引用而言,不能通过自己来修改原始的数据,这与指向const的指针有很大的相似性,
- error: assignment of read-only reference...
综合上面的描述可知:非const引用只能绑定到该引用同类型(string和字符串字面值(const char *)之间都不可以)的非const对象,而const引用则可以绑定到任意的一种对象上(非const、const、甚至不同类型),这种差别在函数的参数中有较大的体现。
通过下面的例子来说明一下上面的分析:
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- #include <iostream>
- #include <string>
- #include <vector>
- using namespace std;
- int main()
- {
- int num = 20;
- const int array_size = 10;
- int &pnum= num;
- const int &cpnum = num;
- /*采用引用直接初始化const类型的引用*/
- const int &csize1 = pnum;
- /*const的变量不能采用非const的引用*/
- //int&psize = array_size;
- /*const类型数据只能采用指向const的指针来指向*/
- const int &csize = array_size;
- cout <<"Before change..." << endl;
- cout <<"The num of num = " << num << endl;
- cout <<"pnum = " << pnum<< " "
- <<"cpnum = " << cpnum<< " "
- <<"csize1 = " << csize1<< endl;
- num = 30;
- cout <<"After the first changed..." << endl;
- cout <<"The num of num = " << num << endl;
- cout <<"pnum = " << pnum<< " "
- <<"cpnum = " << cpnum<< " "
- <<"csize1 = " << csize1<< endl;
-
- /*通过引用修改变量的值*/
- pnum = 40;
- cout <<"After the second changed..." << endl;
- cout <<"The num of num = " << num << endl;
- cout <<"pnum = " << pnum<< " "
- <<"cpnum = " << cpnum<< " "
- <<"csize1 = " << csize1<< endl;
- /*不能采用const的引用修改对象,
- *这与指向const的指针特性的相似处*/
- /*
- csize1 = 50;
- cout <<"After the second changed..." << endl;
- cout <<"The num of num = " << num << endl;
- cout <<"pnum = " << pnum<< " "
- <<"cpnum = " << cpnum<< " "
- <<"csize1 = " << csize1<< endl;
- */
- double dnum = 10.1;
- /*非const的引用只能绑定相同类型的对象*/
- //int&dname = dnum;
- /******************************************
- *const引用可以绑定不同类型的对象,
- *因此const引用就能更加方便的作为函数的形参
- *******************************************/
- const int &dothername = dnum;
- return 0;
- }
上面的实验结果基本上符合分析的结论。
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。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。
原文地址 :http://blog.chinaunix.net/uid-20937170-id-3280238.html
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