526互联

44.指针和const的用法

发布时间 2023-07-03 21:46:23作者: CodeMagicianT

44.C++中的const

  编写程序过程中，我们有时不希望改变某个变量的值。此时就可以使用关键字 const 对变量的类型加以限定。

初始化和const

  因为const对象一旦创建后其值就不能再改变，所以const对象必须初始化。一如既往，初始值可以是任意复杂的表达式：

const int i = get_size();//正确：运行时初始化
const int j = 42;//正确：编译时初始化
const int k;//错误：k是一个未经初始化的常量

  正如之前反复提到的，对象的类型决定了其上的操作。与非const类型所能参与的操作相比，const类型的对象能完成其中大部分，但也不是所有的操作都适合。主要的限制就是只能在const类型的对象上执行不改变其内容的操作。例如，const int和普通的int一样都能参与算术运算，也都能转换成一个布尔值，等等 。
在不改变const对象的操作中还有一种是初始化，如果利用一个对象去初始化另外 一个对象，则它们是不是const都无关紧要：

int i = 42;
const int ci = i;//正确： 1的值被拷贝给了ci
int j = ci;//正确：ci的值被拷贝给了J

默认状态下，const对象仅在文件内有效

const修饰变量是也与static有一样的隐藏作用。只能在该文件中使用，其他文件不可以引用声明使用。 因此在头文件中声明const变量是没问题的，因为即使被多个文件包含，链接性都是内部的，不会出现符号冲突。

  当以编译时初始化的方式定义一个const对象时，就如对bufSize的定义一样：

const int bufSize = 512;//输入缓冲区大小

  编译器将在编译过程中把用到该变量的地方都替换成对应的值。也就是说，编译器会找到代码中所有用到bufSize的地方，然后用512替换。为了执行上述替换，编译器必须知道变量的初始值 。如果程序包含多个文件，则每个用了const对象的文件都必须得能访问到它的初始值才行。要做到这一点，就必须在每一个用到变量的文件中都有对它的定义（参见C++Primer 2.2.2节，第41页）。为了支持这一用法， 同时避免对同一变量的重复定义，默认情况下，const对象被设定为仅在文件内有效。当多个文件中出现了同名的const变量时，其实等同于在不同文件中分别定义了独立的变量。
  某些时候有这样一种const变量，它的初始值不是一个常量表达式，但又确实有必要在文件间共享。这种情况下，我们不希望编译器为每个文件分别生成独立的变量。相反，我们想让这类const对象像其他（非常量）对象一样工作，也就是说，只在一个文件中 定义const，而在其他多个文件中声明并使用它。
  解决的办法是，对于const变量不管是声明还是定义都添加extern关键字，这样只需定义一次就可以了：

//file_l.c定义并初始化了一个常量，该常量能被其他文件访问
extern const int bufSize =fen();
//file_l.h头文件
extern const int bufSize;//与file_l.c中定义的bufSize是同一个

假设我们有两个文件：main.cpp和helper.cpp。我们在main.cpp中定义了一个全局变量，并使用const关键字进行修饰：
```cpp
// main.cpp
const int MAX_VALUE = 100;
int main() 
{
    // 使用MAX_VALUE
    return 0;
}
```
然后我们在helper.cpp中尝试引用这个变量：
```cpp
// helper.cpp
extern const int MAX_VALUE;
void helperFunction()
{
    // 使用MAX_VALUE
}
```
这时候编译器会报错，提示MAX_VALUE未定义。这是因为const修饰的变量默认具有内部链接（internal linkage），只能在当前文件中使用，其他文件无法访问。因此，我们需要在helper.cpp中重新定义MAX_VALUE：

```cpp
// helper.cpp
const int MAX_VALUE = 100;
void helperFunction() 
{
    // 使用MAX_VALUE
}
```
这样就可以在helper.cpp中使用MAX_VALUE了。注意，这里重新定义的MAX_VALUE和main.cpp中定义的MAX_VALUE虽然名字相同，但是它们是两个不同的变量，它们的地址也不同。

const修饰变量的隐藏作用是只能在该文件中使用，其他文件无法引用声明使用。如果想在其他文件中使用这个const修饰的变量，可以通过将该变量的定义放在头文件中，然后在其他文件中包含该头文件来实现。

下面是一个例子：
// header.h
#ifndef HEADER_H
#define HEADER_H
const int MAX_VALUE = 100;
#endif // HEADER_H

// file1.cpp
#include "header.h"
int main() 
{
    const int value = MAX_VALUE;
    // ...
}

// file2.cpp
#include "header.h"
int main() 
{
    int value = MAX_VALUE;
    // ...
}

1.变量中的const

1.1 普通变量

直接在普通变量类型声明符前加上const，可以将其声明为const类型：

const int a = 0;

这样就把a声明成了一个const类型的常量，所以我们不能再改变它的值了，所以下面试图改变a的语句将会编译报错：

a = 10;

修改局部变量的值：

1.如果const修饰的局部变量是基础的类型(int char double等等)，并且初始化使用字面常量的话，不会给该变量分配空间。
例如：

void test()
{
	const int a = 10;//用字面常量10来初始化
	a = 20;//error
}

2.但是，当我们对这个变量进行取地址的操作的时候，系统会为该变量分配空间。

void test() 
{
	const int a = 10;
	//a = 20;//error
	int* p = (int*)&a;
	*p = 20;
	cout << a << endl;
	cout << *p << endl;
}

上面的结果是：10和20

  这是因为，当我们定义一个被const修饰并且使用字面常量来初始化的局部变量的时候，系统会把这个变量看作是一个符号，放入到符号表中，这么变量名就是一个符号，值就是这个符号的值，类似于#define的作用。(这就是 C++ 中的常量折叠 ，因为常量是在运行时初始化的，编译器对常量进行优化，直接将常量值放在编译器的符号表中，使用常量时直接从符号表中取出常量的值，省去了访存这一步骤。)

  当我们对这个变量取地址的时候，由于原来没有空间，就没有地址，现在需要取地址，所以才被迫分配一块空间，我们通过地址的解引用可以修改这个空间的值，这也就是为什么第二个结果为20的原因，但是如果我们还是通过变量名来访问数据的话，系统会认为这还是一个符号，直接用符号表里面的值替换。

但是！

3.如果初始化不是用字面常量而是用变量，那么系统会直接分配空间。

void test() 
{
	int b = 20;
	const int a = b;
}

这时候的a是有空间的，不会被放入到符号表中。

修改全局变量的值

  通过指针修改位于静态存储区的的const变量，语法上没有报错，编译不会出错，一旦运行就会报告异常。因为全局变量存储于静态存储区，静态存储区中的常量只有读权限，不能修改它的值。

  与C一样，当const修饰普通的全局变量的时候，不能通过变量名和地址来修改变量的值。

另外

  与C不一样的是，C语言中的const修饰的普通全局变量默认是外部链接属性的，但是在C++中被const修饰的普通全局变量是内部链接属性的。

  也就是说当我们在一个文件中定义了一个如下的全局变量

const int a = 10;//定义全局变量

int main() 
{
	return 0;
}

  我们在另外一个文件中，使用extern来声明，也是不可以的。

//另外一个文件

extern const int a;//在另外的文件中声明

  上面这种做法是不可以的，C++中被const修饰的全局变量默认是内部链接属性，不能直接在另外的文件中使用，如果想要在另外的文件中使用，就需要在定义该全局的变量的文件中用extern来修饰(另一个文件也需要extern修饰)。

//定义的文件
extern const int a = 10;

//另外一个文件声明
extern const int a;

原文链接：https://blog.csdn.net/weixin_61021362/article/details/121544469

1.2 const 修饰引用

  我们还可以对引用使用const限定符，在引用声明的类型声明符前加上const就可以声明对const的引用，常量引用不能用来修改它所绑定的对象。

引用绑定到同一种类型，并修改值

例子：

int i = 0;
const int j = 0;
const int &r1 = i;
//r1 = 20;//err不能给常量赋值	
const int &r2 = j;
//r2 = 20;//err不能给常量赋值	
int &r3 = j;

  第三行将非常量对象 i 绑定到 const 引用 r1 上，此过程中发生了隐式类型转换，i 的类型为 int，r1 的类型为 const int &， 所以这个过程 i 就从 int 转换为了 const int，所以不能通过 r1 改变 i 的值，但可以直接改变 i 的值。但是 const int 类型不能转换为 int。

可以这样理解：const int是int的一种，但是范围更小，将int限定在一个范围之类，(本身int = const int类型 + 非const类型)，没有问题。但是const int到int范围扩大，超出权限。

  第五行将常量对象 j 绑定到 const 引用 r2 上，不能直接改变 j 的值也不能通过常量引用改变 j 的值。
  第七行将常量对象绑定到 const 引用 r3 上，报错，不能将常量对象绑定到常量引用上。

绑定到另一种类型，并修改值

例子：

void func()
{
	double i = 1.0;
	const int& r1 = i;
	i = 2.0;
	cout << "i = " << i << endl;
	cout << "r1 = " << r1 << endl;

	double j = 1.0;
	const double& r2 = j;
	j = 2.0;
	//r2 = 3.0;//err不能通过r2修改j的值
	cout << "j = " << j << endl;
	cout << "r2 = " << r2 << endl;
}
---------------------------------------
out:
i = 2
r1 = 1
j = 2
r2 = 2

  上面的代码将 int 型的引用 r1 绑定到 double 型变量 i 上，然后改变 i 的值，我们发现 r1 并没有改变，它的值反而是绑定 i 时 i 的值。这是因为引用变量的类型与被引用对象的类型不同时，中间会有如下操作：

double i = 1.0;
int temp = i;
const int &r1 = temp;

  r1 引用的是临时量 temp，而不是 i，所以才会出现上面的情况。

原文链接：https://blog.csdn.net/weixin_45773137/article/details/126297568

1.3 const 修饰指针

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

int age = 39;
const int * p1 = &age;
int const * p2 = &age;
int * const p3 = &age;
const int * const p4 = &age;

  二三行是一个意思，表示 p1和p2是指向常量的指针；第四行表示 p3是常量指针；第五行表示p4是指向常量的常量指针。
  上面二三行的赋值同样发生了类型转换，从 int * 转换为 const int *。

常量指针和常量指针

指向常量的指针变量——const int* p;//p的内容（即值，也就是它指向的东西的地址）是可以改变的；*的左边是const int，表明p指向的东西是一个const的int，我们不能通过p来修改这个int,因为它是const的。

指向变量的指针常量——int* const p;

指向常量的指针常量——const int* const p;

void func()
{
	const int i1 = 1;
	int i2 = 2;

	const int j1 = 3;
	int j2 = 4;

	const int k1 = 5;
	int k2 = 6;

	//const int *p和int const *p同样含义，原因：const修饰的是后面跟的整体
	const int* p1 = &i1;//指向常量的指针变量   const后跟了*和p1，(*p1)不可修改（同时p1指向的变量也要求不能修改）
	//i1 = 2;//err常量i1是常量不能通过自身修改
	//*p1 = 2;//err p1指向的常量i1是常量不能通过自身修改
	p1 = &i2;//p1的指向可以修改，可以将非const变量赋值给const修饰的变量（压缩非const的操作）
	cout << *p1 << endl;

	int* const p2 = &j2;//指向变量的指针常量
	//p2 = j2;//错误
	//p2 = k1;//错误 p2指向不可修改  const后跟的p2，p2值不可修改(指向不可改)，(*p2)前没有const限定，可以修改
	*p2 = 10;//可以通过p2修改p2所指向的变量的值（j2本身可以修改）

	const int* const p31 = &k1;   //指向常量的指针常量 指针值（指针指向）和指针指向的值都不可改变
	const int* const p32 = &k2;   //指向常量的指针常量
}

1.4顶层与底层const

  任意常量对象为顶层const，包括常量指针；指向常量的指针和声明const的引用都为底层const

  顶层const（top-level const）表示指针本身是个常量int* const ptr=&m；

  此时指针不可以发生改变，但是指针所指向的对象值是可以改变的

  底层const（low-level const）表示指针所指的对象是常量const int* ptr=&m；

  此时指针可以发生改变，但是指针所指向的对象值是不可以改变的

  顶层const可以表示任意的对象是常量（指针、引用、int、double都可以）

  于是只有指针和引用等复合类型可以是底层const

  执行对象的拷贝构造时，常量是顶层const还是底层const差别明显

  顶层const并不会有任何影响

进行拷贝操作的时候，仅仅只是从右值（顶层const）拷贝一个值并给自己赋值，虽然右值是一个不可变的量，但是貌似对我自己的拷贝完全没有影响吧

const int m = 10;
int n = m;
int* const ptr2 = &n;
int* ptr3 = ptr2;

int i= 0; 
int *const p1 = &i;//不能改变p1的值，这是一个顶层const
const int ci = 42;//不能改变ci的值，这是一个顶层const
const int *p2 = &ci;//允许改变p2的值 这是一个底层const
const int *const p3 = p2;//靠右的const是顶层const, 靠左的是底层
const const int &r = ci;//用于声明引用的const都是底层const

  当执行对象的拷贝操作时，常量是顶层const还是底层const区别明显。 其中，顶层const不受什么影响：

i = ci;//正确：拷贝ci的值，CI是 一个顶层const, 对此操作无影响
p2 = p3;//正确：p2和p3指向的对象类型相同，p3顶层const的部分不影响

  执行拷贝操作并不会改变被拷贝对象的值，因此，拷入和拷出的对象是否是常量都没什么影响。

  另一方面，底层const的限制却不能忽视。当执行对象的拷贝操作时拷入和拷出的对象必须具有相同的底层const资格，或者两个对象的数据类型必须能够转换。非常量可以转换成常量，反之则不行：

int *p = p3;//错误：p3包含底层const的定义，而p没有
p2 = p3;//正确：p2和p3都是底层const ？？？？？？？？？？
p2 = &i;//正确：int*能转换成const int* 
int &r = ci;//错误：普通的int&不能绑定到int常量上
const int &r2 = 1;//正确：const int&可以绑定到一个普通int上

  p3既是顶层const也是底层const，拷贝p3时可以不在乎它是一个顶层const，但是必须清楚它指向的对象得是一个常量。因此，不能用p3去初始化p， 因为p指向的是一 个普通的（非常量）整数。 另一方面，p3的值可以赋给p2，是因为这两个指针都是底层const，尽管p3同时也是一个常量指针（顶层const)， 仅就这次赋值而言不会有什么影响。

原文链接：https://blog.csdn.net/m0_64860543/article/details/128269607

2.const 函数形参

  我们已经了解了变量中const修饰符的作用，调用函数就会涉及变量参数的问题，那么在形参列表中const形参与非const形参有什么区别呢？

2.1 const 修饰普通形参

同样，先来看看普通变量：

void fun(const int i)
{
	i = 0;
    cout << i << endl;
}

void fun(int i)
{
	i = 0;
    cout << i << endl;
}

int main()
{
    const int i = 1;
    fun(i);
    return 0;
}

  形参的顶层 const 在初始化时会被忽略，所以上面定义的两个函数实际上是一个函数。编译时会出现void fun(int) previously defined here错误。

  • 由于普通变量是拷贝传值，所以const int实参可以传给int形参。

  • 与普通 const 变量一样，第一个 fun 中的形参 i 只可读；第二个function中的 i 则可读可写。

2.2 const 修饰指针形参

  与 const 指针变量一样，指向常量的指针形参指向的值不能修改；本身就是常量的指针形参不能指向其他变量；指向常量的常量指针形参指向的值不能被修改，也不能指向其他变量。

#include<iostream>
using namespace std;
void fun(const int* i)
{
    cout << *i << endl;
}

void fun(int* i)
{
    *i = 0;
    cout << *i << endl;
}

int main()
{
    const int i = 1;
    //调用 fun(const int* i)，没有 fun(const int* i)，则会编译报错，因为没有匹配形参的函数。
    fun(&i);  
    int j = 1;
    //调用 fun(int* i)，没有 fun(int* i)，则会调用 fun(const int* i)，此时 j 的值不会被改变
    fun(&j);  
    return 0;
}

此外，形参的底层 const 在初始化时不会被忽略，所以上面的两个函数是不同的函数，即重载函数，上面例子编译并不会报错，若果再加上一个void fun(int *const i)就会报错，因为这个函数定义里面 i 是顶层 const。

2.3 const 修饰引用形参

  与const引用一样，const引用不会改变被引用变量的值。

#include<iostream>
using namespace std;
void fun(const int& i)
{
    cout << i << endl;
}

void fun(int& i)
{
    i = 0;
    cout << i << endl;
}

int main()
{
    const int i = 1;
    //调用 fun(const int& i)，没有 fun(const int& i)，则会编译报错，因为没有匹配形参的函数。
    fun(i);
    int j = 1;
    //调用 fun(int& i)，没有 fun(int& i)，则会调用 fun(const int& i)，此时 j 的值不会被改变
    fun(j);
    return 0;
}

由于 const 引用也是底层 const ，所以上面两个函数是不同的函数，即重载函数，编译并不会报错。

3.类常量成员函数

  面向对象程序设计中，为了体现封装性，通常不允许直接修改类对象的数据成员。若要修改类对象，应调用公有成员函数来完成。为了保证const对象的常量性，编译器须区分试图修改类对象与不修改类对象的函数。例如：

const Screen blankScreen;
blankScreen.display();   // 对象的读操作
blankScreen.set(‘*’);    // 错误：const类对象不允许修改

  C++中的常量对象，以及常量对象的指针或引用都只能调用常量成员函数。

  要声明一个const类型的类成员函数，只需要在成员函数参数列表后加上关键字const，例如：

class Screen 
{
public:
   char get() const;
};

在类外定义const成员函数时，还必须加上const关键字：

char Screen::get() const 
{
   return screen[cursor];
}

若将成员成员函数声明为const，则该函数不允许修改类的数据成员。例如：

class Screen 
{
public:
    int get_cursor() const {return cursor; }
    int set_cursor(int intival) const { cursor = intival; }
};

在上面成员函数的定义中，get_cursor()的定义是合法的，set_cursor()的定义则非法。

值得注意的是，把一个成员函数声明为const可以保证这个成员函数不修改数据成员，但是，如果据成员是指针，则const成员函数并不能保证不修改指针指向的对象，编译器不会把这种修改检测为错误。例如:

class Name
{
public:
    void setName(const string &s) const;
    char *getName() const;
private:
    char *m_sName;
};
 
void setName(const string &s) const 
{
    m_sName = s.c_str();      // 错误！不能修改m_sName;
 
    for (int i = 0; i < s.size(); ++i) 
        m_sName[i] = s[i];    // 不是错误的
}

const成员函数可以被具有相同参数列表的非const成员函数重载，例如:

class Screen 
{
public:
    char get(int x,int y);
    char get(int x,int y) const;
};

在这种情况下，类对象的常量性决定调用哪个函数。

const Screen cs;
Screen cc2;
char ch = cs.get(0, 0);  // 调用const成员函数
ch = cs2.get(0, 0);     // 调用非const成员函数

const成员函数不能修改类对象数据成员的深层解析：

调用成员函数时，通过一个名为this的隐式参数来访问调用该函数的对象成员。例如：

Name bozai;
bozai.setName("bozai");
bozai.getName("BOZAI");

调用setName时隐式传入 this 形参，通过改变 this->m_sName 的值来改变bozai对象的m_sName。

当调用getName时，同样是隐式传入 this 形参，不过此时的 this 被 const 修饰了，所以不能通过 this 修改对象的成员了。

原文链接：https://blog.csdn.net/weixin_45773137/article/details/126297568

4.constexpr 限定符

4.1常量表达式

常量表达式：指值不会改变并且在编译过程就能得到结果的表达式；字面值、用常量表达式初始化的const对象也是常量表达式。
字面值类型：算术类型、引用和指针都属于字面值类型，自定义类、IO库，string类型则不属于字面值类型，不能被定义成constexpr；

一个对象（或表达式）是不是常量表达式由它的数据类型和初始值共同决定， 例如：

const int max_files = 20;//max_files是常量表达式
const int limit = max_files + 1; //limit是常量表达式
int staff_size = 27;//staff_size不是常量表达式 
const int sz = get_size();//sz不是常责表达式

  尽管sz本身是一个常量，但它的具体值直到运行时才能获取到，所以也不是常量表达式。

4.2constexpr变量

  在一个复杂系统中，很难（几乎肯定不能）分辨一个初始值到底是不是常量表达式。当然可以定义一个const变量并把它的初始值设为我们认为的某个常量表达式，但在实际使用时，尽管要求如此却常常发现初始值并非常量表达式的情况。可以这么说，在此种情况下，对象的定义和使用根本就是两回事儿。

  C++11新标准规定，允许将变量声明为constexpr类型以便由编译器来验证变量的值是否是一个常量表达式。声明为constexpr的变量一定是一个常量，而且必须用常量表达式初始化：

constexpr int mf = 20;//20是常量表达式
constexpr int limit= mf + l;//mf + 1是常量表达式
constexpr int sz = size();//只有当size是一个constexpr函数时才是一条正确的声明语句

4.3constexpr函数

  尽管不能使用普通函数作为constexpr变量的初始值，但是正如C++ Primer6.5.2节（第214页） 将要介绍的，新标准允许定义一种特殊的constexpr函数。这种函数应该足够简单以使得编译时就可以计算其结果，这样就能用constexpr函数去初始化constexpr变量了。

constexpr函数：指能用于常量表达式的函数，其定义方式和普通函数类型；
定义规则：

  • 函数的返回类型及所有形参类型都是字面值类型
  • 函数体中只有一条return 语句
constexpr int func(int n)
{
	return n;
}
int main()
{
	int n=10;
	const int m=10;
	constexpr int i = func(10);//正确，i是一个常量表达式
	constexpr int j = func(n);//错误,n不是字面值
	constexpr int k = func(m+1);//正确，k是一个常量表达式
	return 0;
}

由于func是constexpr函数，编译器能在程序编译时验证func函数返回的是常量表达式,如上面的j，因为n不是常量，所以会在编译期间报错，方便修正
不仅如此，对于constexpr函数,编译器会把constexpr函数的调用替换成其结果值，为了能在编译过程中随时展开，constexpr函数被隐式地指定为内联函数，关于内联函数在这篇C++内联函数博客中有详细介绍
简单的来说，如果其传入的参数可以在编译时期计算出来，那么这个函数就会产生编译时期的值，如果传入的参数如果不能在编译时期计算出来，那么constexpr修饰的函数就和普通函数一样了

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版权声明：本文为CSDN博主「倒地不起的土豆」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。
原文链接：https://blog.csdn.net/qq_37766667/article/details/123915233

字面值类型

  常量表达式的值需要在编译时就得到计算，因此对声明constexpr时用到的类型必须有所限制。因为这些类型一般比较简单，值也显而易见、容易得到，就把它们称为”字面值类型”(literaltype)。

  到目前为止接触过的数据类型中，算术类型、引用和指针都属于字面值类型。自定义类Sales_item、IO库、string类型则不属于字面值类型，也就不能被定义成 constexpr。其他一些字面值类型将在C++Primer 7.5.6节（第267页）和19.3节（第736页）介绍。
  尽管指针和引用都能定义成constexpr，但它们的初始值却受到严格限制。一个constexpr指针的初始值必须是nullptr或者0，或者是存储于某个固定地址中的对象。

  6.1.1节（第184页）将要提到，函数体内定义的变量一般来说并非存放在固定地址中， 因此constexpr指针不能指向这样的变量。相反的，定义于所有函数体之外的对象其地址固定不变，能用来初始化constexpr指针。同样是在6.1.1节（第185页）中还将提到，允许函数定义一类有效范围超出函数本身的变量，这类变量和定义在函数体之外的变量一样也有固定地址。因此，constexpr引用能绑定到这样的变量上，constexpr指针也能指向这样的变量。

const和constexpr区别

  • 对于修饰对象来说，const并未区分出编译期常量和运行期常量，constexpr限定在了编译期常量
  • 在constexpr声明中如果定义了一个指针，限定符constexpr仅对指针有效，与指针所指的对象无关。
const int*p=nullptr;  			//p是一个指向整型常量的指针
constexpr int*q=nullptr;		//q是一个指向整数的常量指针
constexpr const int*p3=nullptr; //p3是一个指向常量的常量指针

  p和q的类型相差甚远， p是一个指向常量的指针，而q是一个本身作为常量的指针， 其中的关键在于constexpr把它所定义的对象置为了顶层const（参见2.4.3节， 第57页）。