♻️五、C++中对C的const关键字增强

date: 2020-05-31
C++对C的const关键字增强的底层机制

（1）问题导入

背景：
我们总说C语言中const修饰的变量看上去似乎是常量，其实是个“冒牌货”，应该叫”常变量”，比如用指针间接赋值，就能改变了。

代码测试：
将指针间接修改变量值的代码放到C语言编译器和C++编译器去测试

DevC++的C语言编译器

//demo.c 
#include<stdio.h>
int main()
{
    const int a=98;

    int *p=NULL;
    p=(int *)&a;
    *p=100;

    printf("%d",a);
    return 0;
}

结果：

DevC++的C++语言编译器

//test.cpp 
#include<cstdio>
int main()
{
    const int a=98;

    int *p=NULL;
    p=(int *)&a;
    *p=100;

    printf("%d",a);
    return 0;
}

结果：

奇特的结果：
我们要是写了这样的函数在银行程序中，要是用不同编译器，那么对账就对不上了。
总结：
C中的const是个常变量，变量的值能够被间接修改。
C++中的const是一个真正的常量！

Tips：

以上两次测试，都没有显示warning和error

那么，我们或许会疑惑：
Q：我们说C++中的是一个真正的常量，那为什么，没有C++编译器对我们”用指针间接修改”的行为，没有报warning或者error呢？
A：C++要兼容C，所以，它认为这个语法是可以的
Q：那么问题又来了，那他既然兼容，那么为什么最后却没改变那个变量的值呢？
A：因为C++只是兼容那种语法写法，但是底层的实现却对const关键字进行了加强。

（2）底层原理分析

1、C++编译器对const做了一些加强，做了一些特殊的处理

当C++编译器，扫描到常量声明时，它不再像C语言那样，把这个const给它单独分配内存。

在我们先前的//test.cpp中。
C++进行了如下操作：

  • 1）扫描到这一行，const int a=98;
    C++编译器会把这个变量a放在一个符号表（键值-值对）里面
    此时，并没有分配内存！！！
    注意：这样的话，key和value是定了，不能修改的了。
    符号表具体的实现和我们的内存中的，栈，堆不是同一套实现机制。
    有很多常量就都放在这个里面了。
    Tips：
    当你去使用这个a的时候，它就给你从符号表里面给你把这个98给拿出来，供你使用
注意"使用"一词
  • 2）遇到类似这样的情况，此时才给a变量另外分配一个内存。
    扫描到这一句p=(int )&a;
    当你对这个a变量取地址的时候，C++编译器，会为这个a再单独的开辟一块内存空间，然后你把这个内存空间，赋给了p，相当于一个指针P指向了这里。然后你通过    p去间接的修改的地址，不再是原来的值（value）,而是我们新开辟的空间的值（注意理解）
    所以，当你再使用a的时候，你打印的还是98（符号表中的a）

2、证明

我们现在来证明这个开辟的内存空间的存在

//solution.cpp 
#include<cstdio>
int main()
{
    const int a=98;

    int *p=NULL;
    p=(int *)&a;
    *p=100; 

    printf("a=%d\n",a);
    printf("*p=%d",*p);
    return 0;
}

打印的是:

注意：

C++编译器虽然可能为const常量分配空间，但不会使用其存储空间中的值，除非你用指针操作。

（3）结论和补充

1）C语言中的const变量
C语言中const变量是只读变量，有自己的存储空间
2）C++中的const常量

注意：可能分配存储空间,也可能不分配存储空间!

编译过程中若发现使用常量则直接以符号表中的值替换

Tips：
只有下面两种的时候，它才会分配空间

  • 当const常量为全局，并且需要在其它文件中使用,即使用了extern操作符
  • 当使用&操作符取const常量的地址，编译过程中若发现对const使用了&操作符，则给对应的常量分配存储空间（兼容C）

（4）补充疑问

Q：那么要是分配内存，C++中那个const的分配内存是在什么时候分配的呢？是在编译器编译阶段，还是在执行阶段分配？

Ａ：C++中const分配内存的时机，是在编译期间！（记住！）

证明的代码：

//test.cpp 
#include<cstdio>
int main()
{
    int a;
    const int b=98;
    int c;
    printf("&a=%d\n",&a);
    printf("&b=%d\n",&b);//用了取地址 
    printf("&c=%d\n",&c);

    return 0;
}

结果表明：
const int b的地址在a和c之间，符合我们局部变量申请内存的压栈的顺序，它并没有因为，&b这句话写到int c后面，就先分配a，c最后才b，而是，它扫描完之后，看到这里有&b了，就分配地址了。

（5）详解C++中const常见用途

C++对C语言的const关键字进行了增强！

特点：
C++中的const修饰的变量，变成了真正的常量，所以叫const常量

  • 区别：
  • 1）C语言中的const变量
    C语言中const变量是只读变量，有自己的存储空间
  • 2）C++中的const常量
    注意：可能分配存储空间,也可能不分配存储空间!

Tips:要想了解C++中const实现机制，请移步《C++中对C的const关键字增强》一文

1、const成员函数

int GetLength() const {return itslength;}  //成员函数声明为常量

当成员函数被声明为const时，如果这个const成员函数试图修改这个对象的数据，编译器将视为错误。
因为：你都和我约定了不能修改，那就得履行。

2、指向const对象的指针

如果声明了一个指向const对象的指针，则通过该指针只能调用const方法（成员函数）。

-因为：const就是用来规定，属于这个对象的是不能有改变的

  • const成员函数（常量成员函数），不会去修改这个对象任何非静态成员变量的值。
  • static成员函数（静态成员函数），也不会去修改这个对象任何非静态成员变量(毕竟，静态成员函数和静态成员变量其实本质是全局变量嘛，不需要作用在具体的对象上，我们写在类里面，只是为了彰显和这个类有紧密的关系)
  • 因此，我们指向const对象的指针，能够调用的是const成员函数和static成员函数
  • 普通成员函数，内部可以实现修改非静态成员变量的语句，所以可能会破坏const对象规定的，不能改变我的内部数据的原则。 
Rectangle* pRect = new Rectangle;
const Rectangle * pConstRect = new Rectangle;     //指向const对象
Rectangle* const pConstPtr = new Rectangle;
// pConstRect是指向const对象的指针，它只能使用声明为const的成员函数，如GetLength（）。

3、const 修饰函数的返回值

函数返回值采用“引用传递”的场合,出现在类的赋值函数中，目的是为了实现链式表达。
例如：

class A
{
A & operate = (const A &other); // 赋值函数
};
A a, b, c; // a, b, c 为A 的对象
a = b = c; // 正常的链式赋值
(a = b) = c; // 不正常的链式赋值，但合法
//如果将赋值函数的返回值加const 修饰，那么该返回值的内容不允许被改动。上例中，语句 a = b = c 仍然正确，但是语句 (a = b) = c 则是非法的。

4、补充

  • 非const对象可以访问任意的成员函数,自然包括const成员函数,静态成员函数
  • const对象的成员是不可修改的,然而const对象通过指针维护的对象却是可以修改的.
  • const成员函数不可以修改对象的数据,不管对象是否具有const性质.它在编译时,以是否修改成员数据为依据,进行检查。
  • 然而加上mutable修饰符的数据成员,对于任何情况下通过任何手段都可修改,自然此时的const成员函数是可以修改它的

补充杂项：

  • const 修饰引用（&）修饰输入参数的用法：
  • 1-对于非内部数据类型的输入参数，应该将“值传递”的方式改为“const 引用传递”，目的是提高效率。例如将void Func(A a) 改为void Func(const A &a)。当然，虽然这样的确能提高效率。但此时千万千万要小心，一定要搞清楚函数究竟是想返回一个对象的“拷贝”还是仅返回“别名”就可以了，否则程序会出错。
  • 2-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)。（如何理解？？？）
  • const 修饰星号（*）用法：
  • 如果给以“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。例如函数 
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();

（6）const导致的函数重载

1、C++不允许仅根据函数的返回类型重载函数名称；
2、可以编写两个名称相同，参数也相同的函数，其中一个是const，另一个不是。

  • 没用参数的两个函数是不能重载的.说法是不正确的，因为还有const