转载：const的思考

原文出处：http://www.wangchao.net.cn/bbsdetail_29413.html

正文：

1、什么是const?
常类型是指使用类型修饰符const说明的类型，常类型的变量或对象的值是不能被更新的。（当然，我们可以偷梁换柱进行更新：）
2、为什么引入const？
const 推出的初始目的，正是为了取代预编译指令，消除它的缺点，同时继承它的优点。
3、cons有什么主要的作用？
（1）可以定义const常量，具有不可变性。
例如：
       const int Max=100;
       int Array[Max];
（2）便于进行类型检查，使编译器对处理内容有更多了解，消除了一些隐患。
例如：
void f(const int i) { .........}
编译器就会知道i是一个常量，不允许修改；
（3）可以避免意义模糊的数字出现，同样可以很方便地进行参数的调整和修改。
同宏定义一样，可以做到不变则已，一变都变！如（1）中，如果想修改Max的内容，只需要：const int Max=you want;即可！
（4）可以保护被修饰的东西，防止意外的修改，增强程序的健壮性。
还是上面的例子，如果在函数体内修改了i，编译器就会报错；
例如：
void f(const int i) { i=10;//error! }
(5) 为函数重载提供了一个参考。
class A
{
    ......
    void f(int i) {......} file://一 个函数
    void f(int i) const {......} file://上 一个函数的重载
    ......
};
(6) 可以节省空间，避免不必要的内存分配。
例如：
#define PI 3.14159 file://常 量宏
const doulbe Pi=3.14159; file://此 时并未将Pi放入ROM中
......
double i=Pi; file://此 时为Pi分配内存，以后不再分配！
double I=PI; file://编 译期间进行宏替换，分配内存
double j=Pi; file://没 有内存分配
double J=PI; file://再 进行宏替换，又一次分配内存！
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。
（7） 提高了效率。
编译器通常不为普通const常量分配存储空间，而是将它们保存在符号表中，这使得它成为一个编译期间的常量，没有了存储与读内存的操作，使得它的效率也很高。
3、如何使用const？
（1）修饰一般常量
一般常量是指简单类型的常量。这种常量在定义时，修饰符const可以用在类型说明符前，也可以用在类型说明符后。
例如：
int const x=2;或const int x=2;
（2）修饰常数组
定义或说明一个常数组可采用如下格式：
int const a[5]={1, 2, 3, 4, 5};
const int a[5]={1, 2, 3, 4, 5};
（3）修饰常对象
常对象是指对象常量，定义格式如下：
class A;
const A a;
A const a;
定义常对象时，同样要进行初始化，并且该对象不能再被更新，修饰符const可以放在类名后面，也可以放在类名前面。
（4）修饰常指针
const int *A; file://const 修饰指向的对象，A可变，A指向的对象不可变
int const *A; file://const 修饰指向的对象，A可变，A指向的对象不可变
int *const A; file://const 修饰指针A， A不可变，A指向的对象可变
const int *const A; file://指 针A和A指向的对象都不可变
（5）修饰常引用
使用const修饰符也可以说明引用，被说明的引用为常引用，该引用所引用的对象不能被更新。其定义格式如下：
const double & v;
（6）修饰函数的常参数
const修饰符也可以修饰函数的传递参数，格式如下：
void Fun(const int Var);
告诉编译器Var在函数体中的无法改变，从而防止了使用者的一些无意的或错误的修改。
（7）修饰函数的返回值：
const修饰符也可以修饰函数的返回值，是返回值不可被改变，格式如下：
const int Fun1();
const MyClass Fun2();
（8）修饰类的成员函数：
const修饰符也可以修饰类的成员函数，格式如下：
class ClassName
{
    public:
    int Fun() const;
    .....
}；
这样，在调用函数Fun时就不能修改类里面的数据
（9）在另一连接文件中引用const常量
extern const int i; file://正 确的引用
extern const int j=10; file://错 误！常量不可以被再次赋值
另外，还要注意，常量必须初始化！
例如：
const int i=5;
4、几点值得讨论的地方：
（1）const究竟意味着什么？
说了这么多，你认为const意味着什么？一种修饰符？接口抽象？一种新类型？
也许都是，在Stroustup最初引入这个关键字时，只是为对象放入ROM做出了一种可能，对于const对象，C++既允许对其进行静态初始化，也允 许对他进行动态初始化。理想的const对象应该在其构造函数完成之前都是可写的，在析够函数执行开始后也都是可写的，换句话说，const对象具有从构 造函数完成到析够函数执行之前的不变性，如果违反了这条规则，结果都是未定义的！虽然我们把const放入ROM中，但这并不能够保证const的任何形 式的堕落，我们后面会给出具体的办法。无论const对象被放入ROM中，还是通过存储保护机制加以保护，都只能保证，对于用户而言这个对象没有改变。换 句话说，废料收集器（我们以后会详细讨论，这就一笔带过）或数据库系统对一个const的修改怎没有任何问题。
（2）位元const V.S. 抽象const?
对于关键字const的解释有好几种方式，最常见的就是位元const 和 抽象const。下面我们看一个例子：
class A
{
    public:
    ......
    A f(const A& a);
    ......
};
如果采用抽象const进行解释，那就是f函数不会去改变所引用对象的抽象值，如果采用位元const进行解释，那就成了f函数不会去改变所引用对象的任何位元。
我们可以看到位元解释正是c++对const问题的定义，const成员函数不被允许修改它所在对象的任何一个数据成员。
为什么这样呢？因为使用位元const有2个好处：
最大的好处是可以很容易地检测到违反位元const规定的事件：编译器只用去寻找有没有对数据成员的赋值就可以了。另外，如果我们采用了位元const， 那么，对于一些比较简单的const对象，我们就可以把它安全的放入ROM中，对于一些程序而言，这无疑是一个很重要的优化方式。（关于优化处理，我们到 时候专门进行讨论）
当然，位元const也有缺点，要不然，抽象const也就没有产生的必要了。
首先，位元const的抽象性比抽象const的级别更低！实际上，大家都知道，一个库接口的抽象性级别越低，使用这个库就越困难。
其次，使用位元const的库接口会暴露库的一些实现细节，而这往往会带来一些负面效应。所以，在库接口和程序实现细节上，我们都应该采用抽象const。
有时，我们可能希望对const做出一些其它的解释，那么，就要注意了，目前，大多数对const的解释都是类型不安全的，这里我们就不举例子了，你可以自己考虑一下，总之，我们尽量避免对const的重新解释。
（3）放在类内部的常量有什么限制？
看看下面这个例子：
class A
{
    private:
    const int c3 = 7; // ???
    static int c4 = 7; // ???
    static const float c5 = 7; // ???
    ......
};
你认为上面的3句对吗？呵呵，都不对！使用这种类内部的初始化语法的时候，常量必须是被一个常量表达式初始化的整型或枚举类型，而且必须是static和const形式。这显然是一个很严重的限制！
那么，我们的标准委员会为什么做这样的规定呢？一般来说，类在一个头文件中被声明，而头文件被包含到许多互相调用的单元去。但是，为了避免复杂的编译器规 则，C++要求每一个对象只有一个单独的定义。如果C++允许在类内部定义一个和对象一样占据内存的实体的话，这种规则就被破坏了。
（4）如何初始化类内部的常量？
一种方法就是static 和 const 并用，在内部初始化，如上面的例子；
另一个很常见的方法就是初始化列表：
class A
{
    public:
    A(int i=0):test(i) {}
    private:
    const int i;
}；
还有一种方式就是在外部初始化，例如：
class A
{
    public:
    A() {}
    private:
    static const int i; file://注 意必须是静态的！
}；
const int A::i=3;
（5）常量与数组的组合有什么特殊吗？
我们给出下面的代码：
const int size[3]={10,20,50};
int array[size[2]];
有什么问题吗？对了，编译通不过！为什么呢？
const可以用于集合，但编译器不能把一个集合存放在它的符号表里，所以必须分配内存。在这种情况下，const意味着“不能改变的一块存储”。然而， 其值在编译时不能被使用，因为编译器在编译时不需要知道存储的内容。自然，作为数组的大小就不行了：）
你再看看下面的例子：
class A
{
    public:
       A(int i=0):test[2]({1,2}) {} file://你 认为行吗？
    private:
        const int test[2];
}；
vc6下编译通不过，为什么呢？
关于这个问题，前些时间，njboy问我是怎么回事？我反问他：“你认为呢？”他想了想，给出了一下解释，大家可以看看：我们知道编译器堆初始化列表的操 作是在构造函数之内，显式调用可用代码之前，初始化的次序依据数据声明的次序。初始化时机应该没有什么问题，那么就只有是编译器对数组做了什么手脚！其实 做什么手脚，我也不知道，我只好对他进行猜测：编译器搜索到test发现是一个非静态的数组，于是，为他分配内存空间，这里需要注意了，它应该是一下分配 完，并非先分配test[0],然后利用初始化列表初始化，再分配test[1],这就导致数组的初始化实际上是赋值！然而，常量不允许赋值，所以无法通 过。
呵呵，看了这一段冠冕堂皇的话，真让我笑死了！njboy别怪我揭你短呀：）我对此的解释是这样的：C++标准有一个规定，不允许无序对象在类内部初始 化，数组显然是一个无序的，所以这样的初始化是错误的！对于他，只能在类的外部进行初始化，如果想让它通过，只需要声明为静态的，然后初始化。
这里我们看到，常量与数组的组合没有什么特殊！一切都是数组惹的祸！
（6）this指针是不是const类型的？
this指针是一个很重要的概念，那该如何理解她呢？也许这个话题太大了，那我们缩小一些：this指针是个什么类型的？这要看具体情况：如果在非 const成员函数中，this指针只是一个类类型的；如果在const成员函数中，this指针是一个const类类型的；如果在volatile成员 函数中,this指针就是一个volatile类类型的。
（7）const到底是不是一个重载的参考对象？
先看一下下面的例子：
class A
{
    ......
    void f(int i) {......} file://一 个函数
    void f(int i) const {......} file://上 一个函数的重载
    ......
};
上面是重载是没有问题的了，那么下面的呢？
class A
{
    　　 ......
    　　 void f(int i) {......} file://一 个函数
    　　 void f(const int i) {......} file://？？？？？
    　　 ......
};
这个是错误的，编译通不过。那么是不是说明内部参数的const不予重载呢？再看下面的例子：
class A
{
    ......
    void f(int& ) {......} file://一 个函数
    void f(const int& ) {......} file://？？？？？
    ......
};
这个程序是正确的，看来上面的结论是错误的。为什么会这样呢？这要涉及到接口的透明度问题。按值传递时，对用户而言，这是透明的，用户不知道函数对形参做 了什么手脚，在这种情况下进行重载是没有意义的，所以规定不能重载！当指针或引用被引入时，用户就会对函数的操作有了一定的了解，不再是透明的了，这时重 载是有意义的，所以规定可以重载。
（8）什么情况下为const分配内存？
以下是我想到的可能情况，当然，有的编译器进行了优化，可能不分配内存。
A、作为非静态的类成员时；
B、用于集合时；
C、被取地址时；
D、在main函数体内部通过函数来获得值时；
E、const的 class或struct有用户定义的构造函数、析构函数或基类时；。
F、当const的长度比计算机字长还长时；
G、参数中的const；
H、使用了extern时。
不知道还有没有其他情况，欢迎高手指点：）
（9）临时变量到底是不是常量？
很多情况下，编译器必须建立临时对象。像其他任何对象一样，它们需要存储空间而且必须被构造和删除。区别是我们从来看不到编译器负责决定它们的去留以及它 们存在的细节。对于C++标准草案而言：临时对象自动地成为常量。因为我们通常接触不到临时对象，不能使用与之相关的信息，所以告诉临时对象做一些改变有 可能会出错。当然，这与编译器有关，例如：vc6、vc7都对此作了扩展，所以，用临时对象做左值，编译器并没有报错。
（10）与static搭配会不会有问题？
假设有一个类：
class A
{
    public:
    ......
    static void f() const { ......}
.    .....
};
我们发现编译器会报错，因为在这种情况下static不能够与const共存！
为什么呢？因为static没有this指针，但是const修饰this指针，所以...
（11）如何修改常量？
有时候我们却不得不对类内的数据进行修改，但是我们的接口却被声明了const，那该怎么处理呢？我对这个问题的看法如下：
1）标准用法：mutable
class A
{
    　 public:
    　 A(int i=0):test(i) { }
    　 void SetValue(int i)const { test=i; }
    　 private:
    　 mutable int test; file://这 里处理！
}；
2）强制转换：const_cast
class A
{
    　 public:
    　 A(int i=0):test(i) { }
    　 void SetValue(int i)const
    　 { const_cast <int>(test)=i; }//这里处理！
    　 private:
    　 int test;
}；
3）灵活的指针：int*
class A
{
    　 public:
    　 　 A(int i=0):test(i) { }
        　 void SetValue(int i)const
        　 { *test=i; }
    　 private:
        　 int* test; file://这 里处理！
}；
4）未定义的处理
class A
{
    　 public:
        　 A(int i=0):test(i) { }
        　 void SetValue(int i)const
        　 { int *p=(int*)&test; *p=i; }//这里处理！
    　 private:
        　 int test;
}；
注意，这里虽然说可以这样修改，但结果是未定义的，避免使用！
5）内部处理：this指针
class A
{
    　 public:
            　 A(int i=0):test(i) { }
            　 void SetValue(int i)const
           　　 { ((A*)this)->test=i; }//这里处理！
        private:
        　　 int test;
}；
6）最另类的处理：空间布局
class A
{
    　　 public:
        　　 A(int i=0):test(i),c('a') { }
        　 private:
        　    char c;
        　 const int test;
};
int main()
{
    　 A a(3);
    　 A* pa=&a;
    　 char* p=(char*)pa;
    　 int* pi=(int*)(p+4）；//利用边缘调整
    　 *pi=5; file://此 处改变了test的值！
    　 return 0;
}
虽然我给出了6中方法，但是我只是想说明如何更改，但出了第一种用法之外，另外5种用法，我们并不提倡，不要因为我这么写了，你就这么用，否则，我真是要误人子弟了：）
（12）最后我们来讨论一下常量对象的动态创建。
既然编译器可以动态初始化常量，就自然可以动态创建，例如：
const int* pi=new const int(10);
这里要注意2点：
1）const对象必须被初始化！所以(10)是不能够少的。
2）new返回的指针必须是const类型的。
那么我们可不可以动态创建一个数组呢？
答案是否定的，因为new内置类型的数组，不能被初始化。
这里我们忽视了数组是类类型的，同样对于类内部数组初始化我们也做出了这样的忽视，因为这涉及到数组的问题，我们以后再讨论。