const关键字浅析

1 const变量

const double PI = 3.14159;

定义之后不能被修改，所以定义时必须初始化。

const int i, j = 0;  // error: i is uninitialized const

const变量默认为文件的局部变量，此变量只存在于那个文件中，不能被其他文件访问。通过指定const变更为extern，就可以在整个程序中访问const变量。

// file_1.c
extern const int bufSize = fcn();

// file_2.c
extern const int bufSize;
for (int index = 0; index != bufSize; index++)
    //...

2 const和指针

const和指针有两种交互类型：指向const对象的指针和const指针。

2.1 指向const对象的指针 —— “自以为指向const对象的指针”

const double *cptr; // cptr may point to a double that is const

在上面的语句中，const限定的是cptr指针所指向的对象，而不是cptr本身，也就是说，cptr本身并不是const，所以不需要对cptr进行初始化。如果需要的话，允许给cptr重新赋值，但是不能通过cptr修改其所指对象的值：

*cptr = 42; //error: *cptr might be const

C++为了保证不允许用指针来改变const对象的值，强制要求指向const对象的指针必须具有const特性，所以把const对象的地址赋给一个普通的非const对象的指针也会导致编译时错误：

const double pi = 3.14;
double * ptr = &pi;   // error: ptr is a plain pointer
const double * cptr = &pi;  // ok: cptr is a pointer to const

这条规则对于void *指针也是必须的，即不能使用void *指针保存const对象的地址，而必须使用const void *型的指针保存const对象的地址。

const double pi = 3.14;
const void *cpv = &pi;  // ok
void *pv = &pi;  //error

允许把非const对象的地址赋给指向const对象的指针，例如：

double pi = 3.14;
const double * cptr = &pi; // ok, but can't change pi through cptr

2.2 const指针

const指针，指针本身的值不能修改。和其他const常量一样，const指针的值是不能修改的，这就意味着不能使const指针指向其他对象。

double pi = 3.14;
double pi2 = 6.28;
double * const conptr = &pi;
conptr = &pi2;  // error： conptr is const

2.3 指向const对象的const指针

可以如下定义指向const对象的const指针：

const double pi = 3.14;
// pi_ptr is const and points to a const object
const double * const pi_ptr = &pi;

可以从右向左阅读上述声明语句：”pi_ptr首先是一个const指针，指向double类型的const对象“。

3 const引用——“自以为指向const对象的引用”

在说明const引用之前，先复习一下引用的一些特性：

引用必须和同类型的对象相关联；
初始化是指明引用指向哪个对象的唯一方法；
当引用初始化后，它就保持绑定到初始化时指向的对象，不能将引用绑定到另一个对象。

int a = 1024;
int &refa1 = a;  // ok
int &refa2; // error
int &refa3 = 2048; // error: mismatch type

现在来看看特殊的引用：const引用。

const引用是指向const对象的引用。之所以不是“引用是const”，是因为引用本身就被默认为const，当一个引用被定义时，必须被初始化，绑定到一个对象上，并且不可以改变。

const int ival = 1024;
const int &refVal = ival;   //ok
int &ref2 = ival; //error: nonconst reference to a const object.

所谓的“自以为指向const对象的引用”的意思是，const引用也可以指向非const对象，效果就是不可以通过这个引用来修改所指对象的值，即，这个引用是只读的。

int z = 0；
const int &refZ = z;
refZ = 1;  //error.

const引用和普通引用的一个不同的地方是：const引用可以初始化为不同类型的对象或者右值（如字面值常量）。

int i = 42;
const int &refI = 42;  // ok
const int &refI2 = i + 42; //ok

对于引用绑定到不同类型的对象：

double dval = 3.14;
const int &ri = dval;

编译器会把这些代码转换成如下形式的代码：

double dval = 3.14;
int temp = dval;  // create temporary int from the double
const int &ri = temp; //bind ri to that temporary

4 函数中使用const

4.1 指向const对象的指针的形参

比较常见的用法是保证传入的参数不被修改，所以一般将函数参数声明为指向const对象的指针：

void function(const char* Var); // 参数指针所指内容为常量，不可改变

4.2 const引用类型的形参

void function(const string & s1); // s1是一用，所以不复制形参，又因为形参是const引用，所以该函数不能修改是s1引用对象的内容。

优点：避免复制形参，提高效率，同时防止修改实参。

同时更大的优点是，const引用类型的形参更灵活：

如上述定义的函数传递的形参可以是一个一个字符串常量，如：

function("hello world");

因为const引用形参可以与不同类型的对象相关联。

但是如果将函数声明为如下的形式：

void function(string & 2);

由于非const引用形参只能与完全同类型的非const对象关联，所以再传递字符串常量就会发生编译错误。

5 类中使用const

5.1 const成员函数

class A 
void function(const char* Var);
{
        void function_1();
        void function() const;
}

用这种方式使用const的函数称为常量成员函数。

在解释这个const所起的作用之前，回忆一下，每个成员函数都有的一个额外的隐含的形参this。

考虑下面的调用语句：

a.function_1();

编译器会这样重写这个函数调用：

A::function_1(&a);

即隐含的this初始化为调用函数的对象的地址。

那么跟在函数声明的形参表后面的const所起的作用就是：改变this形参的类型。

在调用a.function()时，隐含的this形参将是一个指向a对象的const A*类型的指针。

const成员函数的特性：

const成员函数不可以修改它所在对象的任何一个数据成员
const成员函数能够访问对象的const成员，而其他成员函数不可以
const对象，指向const对象的指针或引用只能用于调用其const成员函数，如果尝试用它们来调用非const成员函数，是错误的。

5.2 const成员变量

初始化const成员变量必须在执行构造函数的函数体之前完成，所以，唯一的机会就是在构造函数初始化列表中初始化const成员变量。

Class A 
{
    ...
private:
    const int nValue;

public:
    ......
    A(int x): nValue(x) { ... };

}

下面的构造函数是错误的：

class ConstRef 
{
public:
    ConstRef(int ii);
private:
    int i;
    const int ci;
    int &ri;
};

ConstRef::ConstRef(int ii)
{
    i = ii;
    ci = ii;  // error: cannot assign to a const
    ri = i;
}

正确的构造函数应该这样：

ConstRef::ConstRef(int ii): i(ii), ci(i), ri(ii) {}

没错，引用类型数据成员和const成员变量一样，初始化的唯一机会是在构造函数初始化列表中。

5.3 特殊的整型const static 成员

先回忆一下类的static成员的基本性质：

通常，static数据成员不像普通数据成员，static成员不是用过类构造函数进行初始化，由于static成员只能被初始化一次，所以应该在定义时初始化，且在类的定义体外部定义。

#include<iostream>
using namespace std;

class Tester
{
public:
	static int a;
};

int Tester::a = 10;

int main()
{
	cout << Tester::a << endl;
	return 0;
}

不需要实例化这个类，即可访问static成员。

这个规则的一个例外就是：只要初始化式是一个常量表达式，整型const static 数据成员就可以在类的定义体中进行初始化，需要注意的是，该数据成员仍必须在类的定义体之外进行定义，而不必再指定初始值。

#include<iostream>
using namespace std;

class Tester
{
public:
	const static int b = 0;
};

const int Tester::b;

int main()
{
	cout << Tester::b << endl;
	return 0;
}

这个程序在电脑上编译通过，但是遭到管家报警自动删除，警报为后门程序。。

参考资料：

《C++Primer(4th)》

《C++高级编程(2th)》