出于避免对数据的无意修改的需求,C及C++语言引入了const关键字。与C语言中的const相比,C++中的const具有更丰富的用法。C++中的const除了可用于修饰变量,指针,函数及函数参数,还可用于修饰类对象,类成员,类成员函数等。由于其丰富的用途,往往容易对其产生误解,尤其是与指针用法结合在一起时。下面以一些实例来说明这个问题。

一、const修饰变量

1、含义

 当使用const修饰普通变量时。如

int const age = 39;
//或
const int age = 39;

 表示const关键字修饰的这个变量是一个常量,不能对其值进行修改。但实际上这句话不是绝对的。根据C++标准,对于修改const变量,属于未定义行为(指行为不可预测的计算机代码),这样一来这个行为的结果取决于各种编译器的具体实现(即不同编译器可能表现不同)。

2、修改const变量

 下面来说一下如何修改const修饰的变量。可以使用直接赋值和使用指针来修改其值。如:

const int age = 39;

//1.直接赋值
age = 40;

//2.使用指针修改
int * p = (int *)&age;
*p = 40;

cout << "age=" << age << endl;
cout << "*p=" << *p << endl;
cout << "&age=" << &age << endl;
cout << "p=" << (void*)p << endl;
cout << "&p=" << &p << endl;

 这段代码对于age变量是全局变量还是局部变量结果并不一样。

(1)修改局部变量

 程序能正常运行,且常量被修改了,但是有一个问题:输出age的值和*p的值并不相同,age的值还是39,而*p的值是40。而且p确实指向age所在的地址空间。

 这是什么原因呢?难道一个地址空间可以存储不同的俩个值?当然不能。这就是C++中的常量折叠:const变量(即常量)值放在编译器的符号表中,计算时编译器直接从表中取值,省去了访问内存的时间,这是编译器进行的优化。age是const变量,编译器对age在预处理的时候就进行了替换。编译器只对const变量的值读取一次。所以打印的是39。age实际存储的值被指针p所改变。但是为什么能改变呢,从其存储地址可以看出来,其存储在堆栈中。

(2)修改全局变量

 程序编译通过,但运行时错误。编译器提示age存储的空间不可写,也就是没有写权限,不能修改其值。
 原因是age是全局变量,全局变量存储在全局空间,且只有可读属性,无法修改其值。

(3)volatile关键字

 由于编译器对const修饰的局部变量进行了优化,使得对于const变量值的读取实际没有进入内存。而在此基础上加上volatile关键字,即告诉编译器该变量属于易变的,不要对此句进行优化,每次计算时要去内存中读取该变量的值,进而避免出现常量折叠的问题。可以这样做:

const volatile int age = 39;

//1.直接赋值
age = 40;

//2.使用指针修改
int * p = (int *)&age;
*p = 40;

cout << "age=" << age << endl;
cout << "*p=" << *p << endl;
cout << "&age=" << &age << endl;
cout << "p=" << (void*)p << endl;
cout << "&p=" << &p << endl;

 这里也有个问题:每种编译器对volatile关键字的支持效果并不一致,有的编译器就直接“不理会”,如VC++6.0编译器[1],使得依然无法避免常量折叠的问题。

(4)强制类型转换

 const修饰的变量在C++中被看作是常量,无法修改。但是存在这样的场景:有时候我们需要一个一个值,它在大多数时候是常量,但是在又是又是可以更改的。这时候就需要使用指针来对const变量进行修改。但是在上面的例子中使用到了强制类型转换:

const volatile int age = 39;
//使用指针修改

//不使用强制类型转换
int * p = &age;

//强制类型转换
int * p = (int *)&age;
//或
int * p = const_cast<int *>(&age);

*p = 40;

 在这里如果不使用强制类型转换,等于是将一个const int * 类型赋值给一个int * 类型,无法编译通过。必须使用强制类型转换。

二、const 修饰指针

 当使用const修饰指针变量时,情况更加复杂起来了。const可以放置在不同的地方,因此具有不同的含义。请看下面一个例子:

int age = 39;

const int * p = &age;

int const * p = &age;

int * const p = &age;

int * p const = &age;

 在这个例子中,一二两种情况是一个意思,表示p是一个指向const的指针;第三种用法表示p是一个常量指针;第四种情况不符合语法。

1、指向常量(const)的指针和常量(const)指针

 故名思意:指向常量的指针表示const修饰的指针是指向常量的,不能用这个指针来修改它指向的值,但是可以让该指针指向其他地址。这里就有个问题:age明明是一个变量,为什么可以赋值给一个指向常量(const)的指针?原因是这里发生了隐式的类型转换,&age是一个int * 类型,而p是一个const int * 类型,从int *到const int *是从大范围到小范围,C++进行了隐式的转换,所以能够赋值成功。前一节的从const int * 到int * 是从小范围到一个大范围,无法进行隐式类型转换,所以必须进行强制(显式)类型转换才能赋值成功就是这个原因了。

常量指针表示指针的值是常量,也就是不能修改指针指向的位置,但是可以修改该指针指向的变量的值。

 那一个指针能不能既是指向常量的指针又是常量指针呢?这是可以的。例如:

int age = 39;

const int * const p = &age;

 此时的p表示既不能修改它指向的位置的变量的值,又不能使p指向其他位置的变量。

2、修改指向常量的指针

 使用如下的例子来修改指向常量的指针:

int age = 39;
int year = 2021;

const int * p = &age;

//修改p指向变量的值,编译错误
*p = 40;
//修改指针p的值,可以修改
p = &year;

 运行发现确实无法修改p指向的值,编译错误;但是可以修改指针P的值,让它指向另外的变量year。

3、修改常量指针

 使用如下的例子来修改常量指针:

int age = 39;
int year = 2021;

int * const p = &age;

//修改p指向变量的值,可以修改
*p = 40;
//修改指针p的值,编译错误
p = &year;

 运行发现可以修改p指向的值;但是不能修改指针P的值,让它指向另外的变量year。

 对于既是既是指向常量的指针又是常量指针,则既无法修改指向的值,又无法修改指针的值,让它指向另外的变量。

int age = 39;
int year = 2021;

const int * const p = &age;

//修改p指向变量的值,编译错误
*p = 40;
//修改指针p的值,编译错误
p = &year;

三、使用const的好处

1、可以定义const常量

 这样可以避免由于无意间修改数据而导致的编程错误。

2、便于进行类型检查

 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。

3、为函数重载提供了一个参考

 const修饰的函数可以看作是对同名函数的重载。

4、可以节省空间,避免不必要的内存分配

 const定义常量从汇编的角度来看,只是给出了对应的内存地址,而不是象宏一样给出的是立即数,所以,const定义的常量在程序运行过程中只有一份拷贝,而宏定义的常量在内存中有若干个拷贝。

5、提高了效率

 编译器通常不为普通const常量分配存储空间,而是将它们保存在符号表中,这使得它成为一个编译期的常量,没有了存储与读内存的操作,使得它的效率也很高。

[1]https://blog.csdn.net/zz460833359/article/details/48917217
[2]https://blog.csdn.net/niusi1288/article/details/90710176?utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-baidujs_title-3&spm=1001.2101.3001.4242
[3]https://blog.csdn.net/qq_30968657/article/details/53837022
[4]https://blog.csdn.net/Eric_Jo/article/details/4138548?utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-BlogCommendFromMachineLearnPai2-1.control&dist_request_id=1ba4e5e7-1d6a-4d31-9b36-5fcc5bb702fa&depth_1-utm_source=distribute.pc_relevant.none-task-blog-Blog CommendFromMachineLearnPai2-1.control
[5]https://blog.csdn.net/Eric_Jo/article/details/4138548?utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-BlogCommendFromMachineLearnPai2-1.control&dist_request_id=1ba4e5e7-1d6a-4d31-9b36-5fcc5bb702fa&depth_1-utm_source=distribute.pc_relevant.none-task-blog-BlogCommendFromMachineLearnPai2-1.control