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c++ const 关键字

news 2025/8/30 8:21:19

const 关键字:
它是 C++ 中用于定义常量、确保程序正确性和安全性的最重要关键字之一。

1. const 的核心思想：不变性

const 的基本含义是“常量”或“只读”。它用于告诉编译器和程序员：这个对象或数据在初始化后，其值不能再被修改。任何试图修改 const 值的操作都会导致编译错误。

这带来了两大好处：

  1. 安全性：防止意外修改不该修改的数据。

  2. 可读性与可维护性：明确表达了设计意图（“这个值不会变”），使代码更易于理解。

2. const 的主要用法

1. 定义常量变量

这是最基础的用法，用于取代 C 语言中的 #define 宏常量。

cpp

const int MAX_BUFFER_SIZE = 1024;
const double PI = 3.1415926535;
const std::string GREETING = "Hello, World!";// MAX_BUFFER_SIZE = 2048; // 错误：不能给常量赋值

优势 over #define：

  • 有类型检查，更安全。

  • 遵守作用域规则（如命名空间、类作用域）。

  • 可以通过调试器看到符号名。

2. 指针与 const

指针的 const 用法比较复杂，有两种形式，取决于 const 相对于 * 的位置：

  • 指向常量的指针 (Pointer to const)：指针指向的内容是常量，不能通过该指针修改内容，但指针本身可以指向别的地址。

    cpp

  • int value = 10;
const int* ptr = &value; // 或者 int const* ptr
// *ptr = 20;           // 错误：不能通过 ptr 修改 value
value = 20;             // 正确：value 本身不是常量，可以直接修改
ptr = nullptr;          // 正确：指针本身可以改变

  • 常量指针 (Const pointer)：指针本身是常量，初始化后不能再指向其他地址，但可以通过它修改所指的内容（除非内容也是常量）。

    cpp

  • int value1 = 10, value2 = 20;
int* const ptr = &value1;
*ptr = 15;              // 正确：可以修改所指的内容
// ptr = &value2;       // 错误：指针本身是常量，不能改变指向

  • 指向常量的常量指针 (Const pointer to const)：指针本身和所指的内容都是常量。

    cpp

  • int value = 10;
const int* const ptr = &value;
// *ptr = 20;   // 错误：不能修改所指内容
// ptr = nullptr; // 错误：不能修改指针本身

记忆口诀：

const 在 * 左边，指向的内容是常量 (const int*)。
const 在 * 右边，指针本身是常量 (int* const)。

3. 函数与 const

  • const 形参：防止函数内部修改传入的参数。常用于传递大型对象（如 const std::string&），既避免拷贝又保证原对象不被修改。

    cpp

  • void printMessage(const std::string& msg) {std::cout << msg << std::endl;// msg.clear(); // 错误：msg 是 const 引用，不能修改
}

  • const 成员函数：这是 const 在类中极其重要的用法。它被放在成员函数声明的末尾。

    cpp

class MyClass {
private:int m_value;mutable int m_counter; // mutable 成员即使在 const 函数中也能被修改
public:int getValue() const { // 这是一个 const 成员函数// m_value = 100; // 错误：不能修改类的非 mutable 成员变量m_counter++;      // 正确：m_counter 是 mutable 的return m_value;}void setValue(int val) { // 这是一个非 const 成员函数m_value = val;       // 可以修改成员变量}
};

const 成员函数的意义：

  • 它向编译器承诺：这个函数不会修改调用它的对象的状态（除了 mutable 成员）。

  • 它允许被 const 对象调用。

cpp

  • const MyClass obj1;
// obj1.setValue(5); // 错误：const 对象不能调用非 const 成员函数
int x = obj1.getValue(); // 正确：const 对象可以调用 const 成员函数MyClass obj2;
obj2.getValue(); // 正确：非 const 对象也可以调用 const 成员函数

  • const 返回值：表示函数返回的值是常量，不能被修改。较少使用，但有时可以防止误操作。

    cpp

  • const int* getPointer() {static int value = 42;return &value;
}
// *(getPointer()) = 100; // 错误：返回值是 const int*
4. const 与引用

  • 常量引用 (const T&)：这是 C++ 中最常用的传递参数的方式之一，尤其是对于自定义类型。

    cpp

void processBigObject(const VeryLargeObject& obj) {// 可以读取 obj，但不能修改它// 避免了拷贝大型对象的开销，又保证了安全性
}

常量引用有一个重要特性：它可以绑定到右值（临时对象）。

cpp

  • void func(const std::string& str);
func("hello"); // 正确：常量引用可以绑定到临时字符串
5. constexpr (C++11 引入)

constexpr 是 const 的增强版，它表示“常量表达式”。不仅值不可变，而且必须在编译期就能计算出结果。

cpp

constexpr int square(int x) { return x * x; }
constexpr int max_size = square(10); // 编译期计算int arr[max_size]; // 可以用作数组大小（因为编译期可知）

constexpr 比 const 要求更严格，但能提供更好的性能（编译期计算）和更广的用途（如模板元编程）。

3. const 的威力：重载

const 可以用于函数重载。编译器会根据调用对象的常量性来选择调用哪个版本。

cpp

class MyArray {
public:int& operator[](size_t index) { // 用于非 const 对象，返回引用可修改return m_data[index];}const int& operator[](size_t index) const { // 用于 const 对象，返回 const 引用return m_data[index];}
private:int m_data[10];
};int main() {MyArray arr1;const MyArray arr2;arr1[0] = 100;  // 调用非 const 版本int a = arr2[0]; // 调用 const 版本// arr2[0] = 200; // 错误：调用的是 const 版本，返回不可修改的引用
}

4. 类型安全：const_cast 与去除常量性

虽然 const 表示不可修改，但 C++ 提供了 const_cast 运算符来移除 const 限定符。这是一项非常危险的操作，必须极其谨慎地使用。

它主要用于与旧的、没有正确使用 const 的 C 语言库接口进行交互。

cpp

void oldCLibraryFunction(char* str) { // 一个不修改 str 的C函数，但参数没声明为const// ...
}int main() {const char* my_str = "Hello";// oldCLibraryFunction(my_str); // 错误：不能将 const char* 转换为 char*oldCLibraryFunction(const_cast<char*>(my_str)); // 强制转换，语法上通过了// 但如果 oldCLibraryFunction 真的修改了 my_str 指向的内容...// ...程序将导致未定义行为（UB），因为试图修改常量区的字符串字面量！
}

规则：只有在你绝对确定一个对象原本就不是 const，只是通过 const 指针或引用来访问它时，才能使用 const_cast。

总结与实践建议

用法描述好处
const 变量定义运行期常量替代宏，类型安全，有作用域
const 参数函数不会修改的输入参数防止意外修改，常与引用合用避免拷贝
const 成员函数不修改对象状态的成员函数const 对象可用，明确接口契约
const 返回值返回不可修改的值防止客户端误修改
const 引用只读别名高效传递对象，可绑定临时对象
constexpr编译期常量性能优化，可用于更多场景（如数组大小）

最佳实践：

  1. 默认使用 const：在定义变量、参数、引用和成员函数时，只要不需要修改，就加上 const。这是一种良好的防御性编程习惯。

  2. 按需使用 const：对于内置类型的小型参数，传值往往比传 const 引用更高效。

  3. 正确使用 const 成员函数：为所有不修改对象状态的 getter 函数加上 const。

  4. 避免使用 const_cast：除非是在与劣质库接口的不得已情况下。

  5. 优先考虑 constexpr：如果需要在编译期确定值，使用 constexpr。

http://www.dtcms.com/a/357035.html

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