C++学习——C++中const的新花样

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关于C语言中const的用法，见《C语言const的用法详解》。

一、C++中const的新花样

在C语言中，const用来限制一个变量，表示这个变量不能被修改，我们称这样的变量为常量。

在C++中，const 的含义并没有改变，只是对细节进行了一些调整，以下是最主要的两点。

1、C++中的 const 更像编译阶段的 #define

先来看下面的两条语句：

const int m = 10;
int n = m;

我们知道，变量是要占用内存的，即使被 const 修饰也不例外。m、n 两个变量占用不同的内存，int n = m;表示将 m 的值赋给 n，这个赋值的过程在C和C++中是有区别的。

在C语言中，编译器会先到 m 所在的内存取出一份数据，再将这份数据赋给 n。

在C++中，编译器直接将 10 赋给 n，没有读取内存的过程，和int n = 10;的效果一样。换言之，C++ 中的常量更类似于下面的 #define命令，是一个值替换的过程，只不过 #define是在预处理阶段替换，而常量是在编译阶段替换。

#define m 10

C++ 对 const 的处理少了读取内存的过程，优点是提高了程序执行效率，缺点是不能反映内存的变化，一旦 const 变量被修改，C++ 就不能取得最新的值。

有读者提出疑问，const 变量不是禁止被修改吗？对，这种说法没错！不过这只是语法层面上的限制，通过指针仍然可以修改。下面的代码演示了如何通过指针修改 const 变量：

#include <iostream>int main(){const int n = 10;//&n得到的指针的类型是const int *，必须强制转换为int *后才能赋给pint *p = (int*)&n;*p = 99;  //修改const变量的值printf("%d\n", n);return 0;
}

将上述代码放到.c文件中，以C语言的方式编译，运行结果为99。将上述代码放到.cpp文件中，以C++的方式编译，运行结果就变成了10。

这种差异正是由于C和C++对 const 的处理方式不同造成的。在C语言中，使用 printf 输出 n 时会到内存中获取 n 的值，这个时候 n 所在内存中的数据已经被修改成了 99，所以输出结果也是 99。而在C++中，printf("%d\n", n);语句在编译时就将 n 的值替换成了 10，效果和printf("%d\n", 10);一样，不管 n 所在的内存如何变化，都不会影响输出结果。

当然，这种修改常量的变态代码在实际开发中基本不会出现，本例只是为了说明C和C++对 const 的处理方式的差异：C语言对 const 的处理和普通变量一样，会到内存中读取数据；C++ 对 const 的处理更像是编译时期的#define，是一个值替换的过程。

2、C++中全局 const 变量的可见范围是当前文件

普通全局变量的作用域是当前文件，但是在其他文件中也是可见的，使用extern声明后就可以使用，这在《C语言头文件的编写》一章中进行了深入讲解。

下面是多文件编程的演示代码：

代码段1（源文件1）：

#include <stdio.h>int n = 10; //修改为const int n = 10;
void func();int main(){func();printf("main: %d\n", n);return 0;
}

代码段2（源文件2）：

#include <stdio.h>extern int n;void func(){printf("module: %d\n", n);
}

不管是以C还是C++的方式编译（分别将源文件后缀设置为.c\.cpp），运行结果都是：

module: 10
main: 10

接着我们修改代码段1，在 n 的定义前面加 const 限制。

如果以C的方式编译，则修改后的代码仍然能够正确编译，运行结果和上面也是一样的。这说明C语言中的 const 变量在多文件编程时的表现和普通变量一样（作用域是当前文件，但是在其他文件中也是可见的），除了不能修改，没有其他区别。

如果以C++的方式编译，则修改后的代码就是错误的。这是因为 C++ 对 const 的特性做了调整，C++ 规定，全局 const 变量的作用域仍然是当前文件，但是它在其他文件中是不可见的，这和添加static关键字的效果类似。虽然代码段2中使用 extern 声明了变量 n，但是在链接时却找不到代码段1中的 n。

由于 C++ 中全局 const 变量的可见范围仅限于当前源文件，所以可以将它放在头文件中，这样即使头文件被包含多次也不会出错，请看下面的例子。

module.h 代码：

const int n = 10;
void func();

module.cpp 代码：

#include <stdio.h>
#include "module.h"void func(){printf("module: %d\n", n);
}

main.cpp 代码：

#include <stdio.h>
#include "module.h"int main(){func();printf("main: %d\n", n);return 0;
}

运行结果：

module: 10
main: 10

C和C++中全局 const 变量的作用域相同，都是当前文件，不同的是它们的可见范围：C语言中 const 全局变量的可见范围是整个程序，在其他文件中使用 extern 声明后就可以使用；C++中 const 全局变量的可见范围仅限于当前文件，在其他文件中不可见，所以它可以定义在头文件中，多次引入后也不会出错。

如果你使用的是 GCC，那么可以通过添加 extern 关键字来增大 C++ 全局 const 变量的可见范围，如下所示：

extern const int n = 10;

这样 n 的可见范围就变成了整个程序，在其他文件中使用 extern 声明后就可以使用了。不过这种方式只适用于 GCC，不适用于 VS/VC。

3、总结

C++ 中的 const 变量虽然也会占用内存，也能使用&获取得它的地址，但是在使用时却更像编译时期的#define；#define也是值替换，可见范围也仅限于当前文件。

很多C++教程在对比 const 和 #define 的优缺点时提到，#define 定义的常量仅仅是字符串的替换，不会进行类型检查，而 const 定义的常量是有类型的，编译器会进行类型检查，相对来说比 #define 更安全，所以鼓励大家使用 const 代替 #define。

这种说法虽然没错，但是我没有发现不进行类型检查有什么隐患，我在使用 #define 的过程中也没有发现什么缺点，所以我对上面的观点持保留态度，也请大家多多指点。

二、const成员变量与const成员函数

在类内部，如果你不希望某些数据被修改，可以使用const关键字加以限定。const 可以用来修饰成员变量和成员函数。

1、const成员变量

const 成员变量的用法和普通 const 变量的用法相似，只需要在声明时加上 const 关键字。

初始化 const 成员变量只有一种方法，就是通过构造函数的初始化列表，见博文的一.5。

2、const成员函数

const 成员函数也称为常成员函数，常成员函数需要在声明和定义的时候，在函数头部的结尾加上 const 关键字。

const 成员函数可以使用类中的所有成员变量，但是不能修改它们的值，这种措施主要还是为了保护数据而设置的。比如我们通常将 get 函数（读取成员变量的函数的名字通常以get开头，后跟成员变量的名字，所以通常将它们称为 get 函数）设置为常成员函数。

请看下面的例子：

class Student{
public:Student(char *name, int age, float score);void show();//声明常成员函数char *getname() const;int getage() const;float getscore() const;
private:char *m_name;int m_age;float m_score;
};Student::Student(char *name, int age, float score): m_name(name), m_age(age), m_score(score){ }
void Student::show(){cout<<m_name<<"的年龄是"<<m_age<<"，成绩是"<<m_score<<endl;
}
//定义常成员函数
char * Student::getname() const{return m_name;
}
int Student::getage() const{return m_age;
}
float Student::getscore() const{return m_score;
}

三、const对象（常对象）

在C++中，const 也可以用来修饰对象，称为常对象。

定义常对象的语法和定义常量的语法类似：

const class_name object_name(params);
//或者
class_name const object_name(params);

当然你也可以定义 const 指针：

const class_name *p = new class_name(params);
//或者
class_name const *p = new class_name(params);

一旦将对象定义为常对象之后，不管是上面哪种形式，该对象就只能访问被 const 修饰的成员（包括 const 成员变量和 const 成员函数），因为非 const 成员可能会修改对象的数据（编译器也会这样假设），C++禁止这样做。

常对象使用举例：

#include <iostream>
using namespace std;class Student{
public:Student(char *name, int age, float score);
public:void show();char *getname() const;int getage() const;float getscore() const;
private:char *m_name;int m_age;float m_score;
};Student::Student(char *name, int age, float score): m_name(name), m_age(age), m_score(score){ }
void Student::show(){cout<<m_name<<"的年龄是"<<m_age<<"，成绩是"<<m_score<<endl;
}
char * Student::getname() const{return m_name;
}
int Student::getage() const{return m_age;
}
float Student::getscore() const{return m_score;
}int main(){const Student stu("小明", 15, 90.6);//stu.show();  //errorcout<<stu.getname()<<"的年龄是"<<stu.getage()<<"，成绩是"<<stu.getscore()<<endl;const Student *pstu = new Student("李磊", 16, 80.5);//pstu -> show();  //errorcout<<pstu->getname()<<"的年龄是"<<pstu->getage()<<"，成绩是"<<pstu->getscore()<<endl;return 0;
}

本例中，stu、pstu 分别是常对象以及常对象指针，它们都只能调用 const 成员函数。