Const 終於找到詳解

2021-04-18 02:41:17 字數 4424 閱讀 6000

我們也許學習過const的使用,但是對於const的細緻的技術細節卻不一定掌握。const的用法在許多的教材上只是簡單的介紹,在這裡我們對 const進行細緻的概念以及用法剖析。const 是由c++採用,並加進標準c中,但是他們的意義完全不同,在舊版本(標準前)的c中,如果想建立乙個常量,必須使用預處理器:

#define pi 3.14159

此後無論在何處使用pi,都會被預處理器以3.14159替代。編譯器不對pi進行型別檢查,也就是說可以不受限制的建立巨集並用它來替代值,如果使用不慎,很可能由預處理引入錯誤,這些錯誤往往很難發現。

我們也不能得到pi的位址(即不能向pi傳遞指標和引用)。

c++引入了命名常量的概念,命名常量就像變數一樣,只是它的值不能改變,如果試圖改變乙個const 物件,編譯器將會產生錯誤。 const 和正常變數一樣有作用域,所以函式內部的const也不會影響程式的其餘部分。在c++中const可以取代預處理器#define來進行值替代, const有安全的型別檢查,所以不用擔心會像預處理器一樣引入錯誤。

在通常的情況下const同預處理器#define一樣只是將所賦值儲存入編譯器的符號表中(符號表僅僅在編譯時存在,在編譯過程中編譯器將程式中的名字與之在符號表中定義的數值作簡單的替換),在使用的時候進行值替換,並不為const建立儲存空間。我們將const的定義放進標頭檔案裡,這樣通過包含標頭檔案,可以把const定義單獨放在乙個地方並把它分配給乙個編譯單元,const預設為內部連線(內部連線意味著只對正在編譯的檔案建立儲存空間,別的檔案可以使用相同的標示符和全域性變數,編譯器不會發現衝突,外部連線意味著為所有被編譯過的檔案建立一片單獨的儲存空間,一般全域性變數和函式名的外部連線通過extern宣告,可以通過其他的檔案訪問)也就是說const僅能被它所定義過的檔案訪問,在定義乙個const時,必須賦乙個值給它,除非用extern做出說明:

extern const int a;

這表示const的定義在其他的什麼地方,這裡僅僅是乙個宣告,但是這樣的做法使const使用了外部連線,也就是說上面的extern強制進行了對const的儲存空間分配,這樣我們就無法再用const作為常量摺疊(在可能的情況下,符號常量的值會代替改名字的出現,這個替代過程叫做常量摺疊)使用了,即使我們在其他地方定義了const的值,如:

extern const int a=3;

因為const的值被放入了儲存單元,在編譯的過程中,編譯器不會去讀儲存單元的內容。如果我們這樣做:

int b[a];

編譯器就會給我們乙個錯誤資訊。

想不為const分配儲存空間是不可能的,因為對於複雜的結構,例如集合,編譯器不會複雜到將集合儲存到它的符號表中,所以必須分配記憶體空間,這就意味著「這是一塊不能改變的儲存空間」,當然也就不能在編譯期間使用它的值,因為編譯器不知道儲存的內容:

const int i=;

//float f[i[2]];

//將得到錯誤資訊,編譯器提示不能在陣列定義裡找到乙個常數表示式。

因為編譯器靠移動棧指標來儲存和讀取資料。

也因此,由於無法避免為const分配記憶體,所以const的定義必須預設為內部連線,否則由於眾多的const在多個檔案中分配記憶體,就會引起錯誤。下面我們看一段簡單有效的**來說明const的常量摺疊:

#include

const int a=3;

const int b=a+1;

float *f=(float*)&b;

char c[b+3];

void main()

我們可以看到,a是乙個編譯器期間的const,b是從a中計算出來的,由於a是乙個const,b的計算值來自乙個常數表示式,而它自身也是乙個編譯器間的const,接著下面指標f取得了b的位址,所以迫使編譯器給b分配了儲存空間,不過即使分配了儲存空間,由於編譯器已經知道了b的值,所以仍然不妨礙在決定陣列c的大小時使用b。

在主函式main()裡,識別符號gc的值在編譯期間是不知道的,這也意味著需要儲存空間,但是初始化要在定義點進行,而且一旦初始化,其值就不能改變,我們發現c2是由gc計算出來的,它的作用域與其他型別const的作用域是一樣的,這是對#define用法的一種改進。

在c++引進常量的時候,標準c也引入了const,但是在c中const的意思和在c++中有很大不同,在c中const的意思是「乙個不能改變的普通變數」,const常量總是被分配儲存空間而且它的名字是全域性符即const使用外部連線。於是在c中:

const int size=100;

char c[size];

得出乙個錯誤。但是在c中可以這樣寫:

const int size;

因為c中的const被預設為外部連線,所以這樣做是合理的。

在c語言中使用限定符const不是很有用,如果希望在常數表示式裡(必須在編譯期間被求值)使用乙個已命名的值,必須使用預處理器#define。

在c++中可以使指標成為const,這很有用,如果以後想在程式**中改變const這種指標的使用,編譯器將給出通知,這樣大大提高了安全性。在用帶有const的指標時,我們有兩種選擇:const修飾指標指向的物件,或者const修飾指標自己指向的儲存空間。

如果要使指向的物件不發生改變,則需要這樣寫:

const int *p;

這裡p是乙個指向const int 的指標,它不需要初始化,因為p可以指向任何識別符號,它自己並不是乙個const,但是它所指的值是不能改變的,同樣的,我們可以這樣寫:

int const *p;

這兩種方法是等同的,依據個人習慣以及編碼風格不同,程式設計師自己決定使用哪一種形式。

如果希望使指標成為乙個const必須將const標明的部分放在*右邊。

int a=3;

int *const j=&a

*j+=4;

也可以是乙個const指標指向乙個const物件:

const int *j1=&a;

int const *j2=&a;

這樣指標和物件都不能改變,這兩種形式同樣是等同的。在賦值的的時候需要注意,我們可以將乙個非const的物件位址賦給乙個const指標,但是不能將乙個const物件位址賦給乙個非const指標,因為這樣可能通過被賦值的指標改變物件的值,當然也可以用型別的強制轉換來進行const物件的賦值,但是這樣做打破了const提供的安全性。

const也被用於限定函式引數和函式的返回值,如果函式引數是按值傳遞時,即表示變數的初值不會被函式改變,如果函式的返回值為const那麼對於內部型別來說按值返回的是否是乙個cosnt是無關緊要的,編譯器不讓它成為乙個左值,因為它是乙個值而不是乙個變數,所以使用const是多餘的,例如:

const int f()

void main()

但是當處理使用者定義型別的時候,按值返回常量就很有意義了,這時候函式的返回值不能被直接賦值也不能被修改。僅僅是非const返回值能作為乙個左值使用,但是這往往失去意義,因為函式返回值在使用時通常儲存為乙個臨時量,臨時量被作為左值使用並修改後,編譯器將臨時量清除。結果丟失了所有的修改。

可以用const限定傳遞或返回乙個位址(即乙個指標或乙個引用):

const int * const func(const int *p)

引數內的const限定指標p指向的資料不能被改變,此後p的值被賦給靜態變數a,然後將a的位址返回,這裡a是乙個靜態變數,在函式執行結束後,它的生命期並沒有結束,所以可以將它的位址返回。因為函式返回乙個const int* 型,所以函式func的返回值不可以賦給乙個非指向const的指標,但它同時接受乙個const int * const和乙個const int *指標,這是因為在函式返回時產生乙個const臨時指標用以存放a的位址,所以自動產生了這種原始變數不能被改變的約定,於是*右邊的const只有當作左值使用時才有意義。

const同樣運用於類中,但是它的意義又有所不同,我們可以建立const的資料成員,const的成員函式,甚至是const的物件,但是保持類的物件為const比較複雜,所以const物件只能呼叫const成員函式。

const的資料成員在類的每乙個物件中分配儲存,並且一旦初始化這個值在物件的生命期內是乙個常量,因此在類中建立乙個const資料成員時,初始化工作必須在建構函式初始化列表中。如果我們希望建立乙個有編譯期間的常量成員,這就需要在該常量成員的前面使用static限定符,這樣所有的物件都僅有乙個例項:

class x

;const物件只能呼叫const成員函式,乙個普通物件同樣可以呼叫const成員函式,因此,const成員函式更具有一般性,但是成員函式不會預設為const。宣告乙個const成員函式,需要將const限定符放在函式名的後面:

void f (void ) const;

當我們運用const成員函式時,遇到需要改變資料成員,可以用mutable進行特別的指定:

class x

;void x::nochange const()

const消除了預處理器的值替代的不良影響,並且提供了良好的型別檢查形式和安全性,在可能的地方盡可能的使用const對我們的程式設計有很大的幫助。

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