深入分析const關鍵字模型

2021-07-22 05:32:44 字數 3562 閱讀 4639

頂層const和底層const

const和其他關鍵字

最近在複習c++ primer，把以前沒注意到的都深入研究了一下。

此篇部落格的結論都建立於c++11或者c++14的新標準上，編譯器為vs2015 community版本，g++可能會有較大出入（這點筆者已經在其他部落格上驗證）

c語言中的巨集機制被繼承到了c++，巨集是一種替換行為，而且是完全的字元替換，發生在預編譯期，所以在這種機制下，編譯期無法對巨集進行任何的型別檢查，我們來看彙編中，巨集是如何實現的：

#define define_var 100


int temp_num = define_var;


008c6478 mov dword ptr [temp_num],64h
可以看到，巨集本身是不分配任何記憶體的，而是在預編譯時進行字元替換。

值得慶幸的是，現代的大多數ide，都能在寫**階段就判斷程式設計師的大多數錯誤，當然也包括了巨集內部的型別檢查。

const被使用至今，已經從當初巨集的替代品，發展成了乙個很複雜的東西，特別是從c++11和14引入弱型別的特性（auto和delctype等關鍵字）後，const的使用稍不注意就會發生很多錯誤。

const是編譯期的行為

const是一種編譯期的行為，在編譯期內，具有型別，會執行型別檢測，所以他能由編譯器指出程式在執行之前的錯誤，關於這點，我會在後面給出驗證。

const宣告占用記憶體

最初const和巨集最大的區別可能就在於此，以前有種論調認為const宣告的變數位於程式的符號表中，經筆者證明，並非是這樣，或者說並非僅僅是這樣。

至於const占用記憶體，我們可以從下面一段彙編中看出來：

const


int ci = 0;


01081fa8 mov dword ptr [ci],0


const


int &i = 0;


01081fc2 mov dword ptr [ebp-48h],0


01081fc9 lea eax,[ebp-48h] 


01081fcc mov dword ptr [i],eax
我們知道，直接用常量表示式初始化引用是不合法的，但是常量引用是可以是被任意表示式初始化的，我們可以看到程式提前宣告了一塊空間用於存放「0」，然後再將引用繫結到指定位址。

const是偽常量

const的設計非常奇怪，雖然在編譯期進行嚴格的型別檢查，但是卻不在執行期給予任何保障，而且最重要的是，允許常指標型別轉化為普通指標型別，引用型別與之相同，請看下面的語句：

const


int cvar = -100;


const


int* p = &cvar;


int* x = (int*)&cvar;


*x = 5;


cout


<< "cvar: "


<< cvar << endl;


cout


<< "p: "


<< *p << endl;


cout


<< "x: "


<< *x << endl;


cout


<< "origin rom: "


<< &cvar << endl;


cout


<< "p rom: "


<< p << endl;


cout


<< "x rom: "


<< x << endl;
輸出結果是：

cvar: -100

p: 5

x: 5

origin rom: 00aff988

p rom: 00aff988

x rom: 00aff988

筆者剛看到這一塊的時候也覺得很奇怪，有兩個奇怪的點：

1、雖然記憶體相同，但是輸出的值卻不同，分析彙編之後才得出結論，由於輸入輸出流的彙編有點麻煩，我們看這一句：

int test = cvar;


00912610 mov dword ptr [test],0ffffff9ch
我們可以看到，雖然cvar在初始化的時候分配了記憶體，但是當編譯器在遇到cvar這個字串的時候，還是採取了和巨集相同的方案——進行展開替換。

2、常量的值被指標修改了，其實這也理所應當，const的機制沒有對記憶體有任何的操作，一旦進入執行期，存放const變數的記憶體卻沒有任何標記證明它是不可修改的，自然指標會把它當做普通記憶體來處理，這一點筆者不是很明白語言設計者的思路，為什麼要允許這種強制轉換？所以c++的靈活性也常常為人所詬病——太過靈活導致太容易出bug。

notice：有的記憶體塊是只能寫的（比如main函式之外的const申請的就是這樣的記憶體），這時如果用指標修改常量會發生錯誤

const和復合型別

const和指標、引用筆者不想多說，因為這些全是一些很生硬的規則，如果讀者還不清楚常量指標和 指向常量的指標等知識，可以去翻閱c++primer p54-p57

概念頂層const和底層const是為了方便常量的賦值，型別推斷等操作而提出的概念。

一般來講，所有非復合型別的常物件，是乙個頂層const，表示該物件本身是乙個常量。

而復合型別，如果繫結的物件是常量，我們稱其為底層const，如果我們說這種繫結關係是恆定不變的，那麼叫做頂層const。

const int *p指向常量的指標，這是底層const

int *const p常量指標，這是頂層const

const int *const p，第乙個const為底層const，第二個是頂層const

由於引用本身就是固定的繫結關係，所以常引用都是底層const

拷貝操作

在拷貝（賦值）操作時，頂層const被忽略，但是拷入物件和拷出物件必須擁有相同的底層const資格，具體如下：

int originvar = 0;


0091249f mov dword ptr [originvar],0


int* po0 = &originvar;


009124a6 lea eax,[originvar] 


009124a9 mov dword ptr [po0],eax
const本身就已經有很多複雜的行為，當它和其他關鍵字混合使用時，將產生更多的誤區。

constexpr

關於constexpr筆者使用得很少，這裡提出一點：const int *p指向常量的指標，而constexpr int *p卻是指向int的常量指標。

auto

c++11很重要的型別推斷特性，當auto用於推斷const物件時，會忽略頂層const，保留底層const，這一點和拷貝操作時一樣，但是要注意指標和引用的賦值結構。

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