c++中const的应用

2007-05-19 20:56
面向对象是C++的重要特性.
但是c++在c的基础上新增加的几点优化也是很耀眼的
就const直接可以取代c中的#define
以下几点很重要,学不好后果也也很严重
const
1. 限定符声明变量只能被读
const int i=5;
int j=0;
...
i=j;     //非法，导致编译错误
j=i;     //合法
2. 必须初始化
const int i=5;      //合法
const int j;        //非法，导致编译错误
3. 在另一连接文件中引用const常量
extern const int i;       //合法
extern const int j=10;    //非法，常量不可以被再次赋值
4. 便于进行类型检查
用const方法可以使编译器对处理内容有更多了解。
#define I=10
const long &i=10;     /*dapingguo提醒：由于编译器的优化，使
得在const long i=10; 时i不被分配内存，而是已10直接代入
以后的引用中，以致在以后的代码中没有错误，为达到说教效
果，特别地用&i明确地给出了i的内存分配。不过一旦你关闭所
有优化措施，即使const long i=10;也会引起后面的编译错误。*/
char h=I;        //没有错
char h=i;        //编译警告，可能由于数的截短带来错误赋值。
5. 可以避免不必要的内存分配
#define STRING "abcdefghijklmn\n"
const char string[]="abcdefghijklm\n";
...
printf(STRING);     //为STRING分配了第一次内存
printf(string);     //为string一次分配了内存，以后不再分配
...
printf(STRING);     //为STRING分配了第二次内存
printf(string);
...
由于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#define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#define定义的常量在内存中有
若干个拷贝。
6. 可以通过函数对常量进行初始化
int value();
const int i=value();
dapingguo说：假定对ROM编写程序时，由于目标代码的不可改写，
本语句将会无效，不过可以变通一下：
const int &i=value();
只要令i的地址处于ROM之外，即可实现：i通过函数初始化，而其
值有不会被修改。
7. 是不是const的常量值一定不可以被修改呢？
观察以下一段代码：
const int i=0;
int *p=(int*)&i;
p=100;
通过强制类型转换，将地址赋给变量，再作修改即可以改变const常量值。
8. 请分清数值常量和指针常量，以下声明颇为玩味：
int ii=0;
const int i=0;              //i是常量，i的值不会被修改
const int *p1i=&i;          //指针p1i所指内容是常量，可以不初始化
int    * const p2i=ⅈ       //指针p2i是常量，所指内容可修改
const int * const p3i=&i; //指针p3i是常量，所指内容也是常量
p1i=ⅈ                    //合法
*p2i=100;                   //合法
1.         const常量，如const int max = 100;
优点：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（边际效应）
2.         const 修饰类的数据成员。如：
class A
{
const int size;
…
}
const数据成员只在某个对象生存期内是常量，而对于整个类而言却是可变的。因为类可以创建多个对象，不同的对象其const数据成员的值可以不同。所以不能在类声明中初始化const数据成员，因为类的对象未被创建时，编译器不知道const 数据成员的值是什么。如
class A
{
const int size = 100;      //错误
int array[size];           //错误，未知的size
}
const数据成员的初始化只能在类的构造函数的初始化表中进行。要想建立在整个类中都恒定的常量，应该用类中的枚举常量来实现。如
class A
{…
enum {size1=100, size2 = 200 };
int array1[size1];
int array2[size2];
}
枚举常量不会占用对象的存储空间，他们在编译时被全部求值。但是枚举常量的隐含数据类型是整数，其最大值有限，且不能表示浮点数。
3.         const修饰指针的情况，见下式：
int b = 500;
const int* a = &             [1]
int const *a = &             [2]
int* const a = &             [3]
const int* const a = &       [4]
如果你能区分出上述四种情况，那么，恭喜你，你已经迈出了可喜的一步。不知道，也没关系，我们可以参考《Effective c++》Item21上的做法，如果const位于星号的左侧，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位于星号的右侧，const就是修饰指针本身，即指针本身是常量。因此，[1]和[2]的情况相同，都是指针所指向的内容为常量（const放在变量声明符的位置无关），这种情况下不允许对内容进行更改操作，如不能*a = 3 ；[3]为指针本身是常量，而指针所指向的内容不是常量，这种情况下不能对指针本身进行更改操作，如a++是错误的；[4]为指针本身和指向的内容均为常量。
4.       const的初始化
先看一下const变量初始化的情况
1) 非指针const常量初始化的情况：A b;
const A a = b;
2) 指针const常量初始化的情况：
A* d = new A();
const A* c = d;
或者：const A* c = new A();
3）引用const常量初始化的情况：
A f;
const A& e = f;        // 这样作e只能访问声明为const的函数，而不能访问一
般的成员函数；
[思考1]： 以下的这种赋值方法正确吗？
const A* c=new A();
A* e = c;
[思考2]： 以下的这种赋值方法正确吗？
A* const c = new A();
A* b = c;
5.       另外const 的一些强大的功能在于它在函数声明中的应用。在一个函数声明中，const 可以修饰函数的返回值，或某个参数；对于成员函数，还可以修饰是整个函数。有如下几种情况，以下会逐渐的说明用法：A& operator=(const A& a);
void fun0(const A* a );
void fun1( ) const; // fun1( ) 为类成员函数
const A fun2( );
1） 修饰参数的const，如 void fun0(const A* a ); void fun1(const A& a);
调用函数的时候，用相应的变量初始化const常量，则在函数体中，按照const所修饰的部分进行常量化，如形参为const A* a，则不能对传递进来的指针的内容进行改变，保护了原指针所指向的内容；如形参为const A& a，则不能对传递进来的引用对象进行改变，保护了原对象的属性。
[注意]：参数const通常用于参数为指针或引用的情况，且只能修饰输入参数;若输入参数采用“值传递”方式，由于函数将自动产生临时变量用于复制该参数，该参数本就不需要保护，所以不用const修饰。
[总结]对于非内部数据类型的输入参数，因该将“值传递”的方式改为“const引用传递”，目的是为了提高效率。例如，将void Func(A a)改为void Func(const A &a)
对于内部数据类型的输入参数，不要将“值传递”的方式改为“const引用传递”。否则既达不到提高效率的目的，又降低了函数的可理解性。例如void Func(int x)不应该改为void Func(const int &x)
2）    修饰返回值的const，如const A fun2( ); const A* fun3( );
这样声明了返回值后，const按照"修饰原则"进行修饰，起到相应的保护作用。const Rational operator*(const Rational& lhs, const Rational& rhs)
{
return Rational(lhs.numerator() * rhs.numerator(),
lhs.denominator() * rhs.denominator());
}
返回值用const修饰可以防止允许这样的操作发生:Rational a,b;
Radional c;
(a*b) = c;
一般用const修饰返回值为对象本身（非引用和指针）的情况多用于二目操作符重载函数并产生新对象的时候。
[总结]
1.       一般情况下，函数的返回值为某个对象时，如果将其声明为const时，多用于操作符的重载。通常，不建议用const修饰函数的返回值类型为某个对象或对某个对象引用的情况。原因如下：如果返回值为某个对象为const（const A test = A 实例）或某个对象的引用为const（const A& test = A实例） ，则返回值具有const属性，则返回实例只能访问类A中的公有（保护）数据成员和const成员函数，并且不允许对其进行赋值操作，这在一般情况下很少用到。
2.         如果给采用“指针传递”方式的函数返回值加const修饰，那么函数返回值（即指针）的内容不能被修改，该返回值只能被赋给加const 修饰的同类型指针。如：
const char * GetString(void);
如下语句将出现编译错误：
char *str=GetString();
正确的用法是：
const char *str=GetString();
3.       函数返回值采用“引用传递”的场合不多，这种方式一般只出现在类的赙值函数中，目的是为了实现链式表达。如：
class A
{…
A &operate = (const A &other);    //负值函数
}
A a,b,c;                //a,b,c为A的对象
…
a=b=c;              //正常
(a=b)=c;            //不正常，但是合法
若负值函数的返回值加const修饰，那么该返回值的内容不允许修改，上例中a=b=c依然正确。(a=b)=c就不正确了。
[思考3]： 这样定义赋值操作符重载函数可以吗？
const A& operator=(const A& a);
6.       类成员函数中const的使用
一般放在函数体后，形如：void fun() const;
任何不会修改数据成员的函数都因该声明为const类型。如果在编写const成员函数时，不慎修改了数据成员，或者调用了其他非const成员函数，编译器将报错，这大大提高了程序的健壮性。如：
class Stack
{
public:
void Push(int elem);
int Pop(void);
int GetCount(void) const;     //const 成员函数
private:
int m_num;
int m_data[100];
};
int Stack::GetCount(void) const
{
++m_num;                //编译错误，企图修改数据成员m_num
Pop();                      //编译错误，企图调用非const函数
Return m_num;
}
7.         使用const的一些建议
1 要大胆的使用const，这将给你带来无尽的益处，但前提是你必须搞清楚原委；
2 要避免最一般的赋值操作错误，如将const变量赋值，具体可见思考题；
3 在参数中使用const应该使用引用或指针，而不是一般的对象实例，原因同上；
4 const在成员函数中的三种用法（参数、返回值、函数）要很好的使用；
5 不要轻易的将函数的返回值类型定为const;
6除了重载操作符外一般不要将返回值类型定为对某个对象的const引用;
[思考题答案]
1 这种方法不正确，因为声明指针的目的是为了对其指向的内容进行改变，而声明的指针e指向的是一个常量，所以不正确；
2 这种方法正确，因为声明指针所指向的内容可变；
3 这种做法不正确；
在const A::operator=(const A& a)中，参数列表中的const的用法正确，而当这样连续赋值的时侯，问题就出现了：
A a,b,c:
(a=b)=c;
因为a.operator=(b)的返回值是对a的const引用，不能再将c赋值给const常量。