const

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基本描述

  • 由于const一旦创建就不可更改,所以const对象必须初始化(否则定义一个默认值且不可修改的变量没有任何意义)。
  • 使用值传递初始化时,被初始化的对象是否为const与初始化对象是否为const无关。也即,const对象与非const对象可以互为初始化。
int i = 0; int j = i; // 正确,非const初始化非const 
const int k = i; // 正确,非const初始化const 
const int x = 0; int y = x; // 正确,const初始化非const
const int z = x; // 正确,const初始化const

const初始化引用时有例外

C++规定引用类型必须和被引用对象类型一致

int i = 2;
double &j = i; // 错误:引用类型与对象类型不一致

C++还规定引用必须绑定到左值:

注:左值和右值的辨别方法是,能取地址的是左值。

int &i = 2;    // 错误:不允许用右值初始化
int &j = a * 2 // 错误:不允许用表达式初始化,实际上表达式(a*2)是右值

但是用const初始化引用时会有例外:

const引用类型与对象类型不一致(但可以转化):

int i = 2;
const double &j = i; // 正确:j是常量引用

const引用绑定到一个非左值上(类型一致或可以转化):

const int &i = 2;    // 正确:i是常量引用
const int &j = a * 2 // 正确:j是常量引用

原因在于,const引用将会额外创建一个临时变量,并绑定上去。

C++支持这种做法的目的在于,既然不能通过const引用修改对象值,那么额外创建一个常量和直接绑定对象并没有什么区别,所以干脆让const引用支持这种非常规做法。

顶层const 与 底层const

通常在指针/引用与const符同时使用时会用到这个概念。修饰指针本身的const称为顶层const,修饰指针所指向对象的const称为底层const。底层const与顶层const是两个互相独立的修饰符,互不影响。

image.png

const与指针

小结:
如果const位于*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*的右侧,const就是修饰指针本身,即指针本身是常量。

const与引用

引用的const都是底层const。

int i = 0;
const int &j = i; // j为绑定到i的const引用,不允许使用j来修改i

其他

(1). 可以将底层const的指针(或引用)指向(或绑定)到非const对象,但不允许非底层const的指针(或引用)指向(或绑定)到const对象。 (即:const对象不允许通过任何方式(指针/引用)被修改。)

(2). 修饰值本身的const均为顶层const:

const int i = 0; // 顶层const;

const与函数

  • 顶层const的形式参数不能实现函数重载,但底层const形参可以
  • 当函数不修改参数值时,尽可能将形式参数定义为(底层)const参数。一方面,(底层)const参数可以保护参数对象;另一方面,因为(底层)const参数可以接受常量与非常量对象,但非(底层)const参数只能接受非常量对象。
  • 由于底层const描述实参性质(不允许在调用函数内部被修改),可以在调用时区分const,所以使用底层const的指针/引用可以实现函数重载:

const与类

const与类的成员变量

  1. 类的对象的const修饰表示该对象的成员变量不允许被修改。
  2. 无论类的成员变量本身是否为const,只要对象声明为const,成员变量就不允许被修改。

const与成员函数

当对象被声明为const时,该对象不能调用非const函数,因为非const函数可能修改成员变量。

  • 将成员函数声明为const函数,则可以被const对象调用,声明const函数的方法为在其参数列表后添加const关键字。
  • const成员函数中不允许修改成员变量。也即,并非所有成员函数都可以被声明为const函数,C++会在编译时检查被声明为const的函数是否修改了成员变量,若是,则报错,编译不通过

与底层const形参一样,const成员函数也可以实现重载。同样,当非常量对象调用函数时,编译器会优先调用非常量版本的函数。

class T
{
public:
    int fcn() { return 1; }
    int fcn() const { return 2; } // 正确:定义了可以重载的新函数
};

int main()
{
    T t1;
    cout << t1.fcn() << endl; // 调用第一个函数,输出"1"

    const T t2;
    cout << t2.fcn() << endl; // 调用第二个函数,输出"2"
    return 0;
}

const成员函数实现机制

一个类包含成员变量和成员函数,更简单一点,一个类包含数据和代码。对象是类的实例,一个类可以构造许多对象,对象们的数据(成员变量)各自独立,而代码(成员函数)共用一份。

Number n;
n.number; // 调用成员变量
n.set(2); // 调用成员函数

实际上,由于成员函数共享,所以调用成员函数的机制与调用成员变量的机制略有区别,简而言之,编译器先找到类,然后调用类的函数,再隐式地在参数列表中传入一个对象指针(this指针),表示需要操作该对象。所以,成员函数set()的声明和定义可以理解为:

void Number::set(Number *const this, int num) { number = num; } 
// 仅作为参考,实际上,C++规定显式定义this指针为非法操作

即,任何一个成员函数都隐式地接受了一个指向对象的this指针。

而在成员函数中对成员变量的默认调用实际上都是使用this指针的隐式调用,比如 number = num 等价于 this->number = num。

那么,C++编译器检查const函数是否修改了成员变量的机制就很好理解了。

只需要将this指针定义为底层const,以表示不能通过该指针修改成员变量:

void Number::set(const Number *const this, int num) { number = num; } 
// 仅作为参考,实际上,C++规定显式定义this指针为非法操作

第一个const声明了this指针为底层const,而函数中的 number = num 实际为 this->number = num,由于this为底层const,所不能通过this修改number,该操作非法,所以该函数不能声明为const。

本质上,const函数还是通过传统的const机制逐条语句检查来实现的。