Learning C++ 之 2.9 常量，常量表达式和常量符号

Const 变量

到目前为止，我们碰到的所有的变量都不是常量变量。也就是说变量的值可以任意改变。例如：

int x { 4 }; // initialize x with the value of 4
x = 5; // change value of x to 5

然而，有些时候定义一些不能改变值的变量是非常有用的。比如，地心引力的值：9.8 m/s^2.这个值就不会轻易改变。把这个值定义成为一个常量，以防止误改。

定义一个常量变量，只需要把const放到变量类型的前面或者后面就可以了。

const double gravity { 9.8 }; // preferred use of const before type
int const sidesInSquare { 4 }; // okay, but not preferred

尽管const放到哪里都可以，但是我们建议放到变量类型前面。因为这是符合英语语法的，把修饰词放到被修饰的物品前面。

常量变量必须初始化，之后不能随意更改其值。声明一个const变量，以防止我们随意改变其值。

const double gravity { 9.8 };
gravity = 9.9; // not allowed, this will cause a compile error

定义const变量而不初始化会导致编译错误。

const double gravity; // compiler error, must be initialized upon definition

常量变量的初始化可以来自于普通变量。

std::cout << "Enter your age: ";
int age;
std::cin >> age;
 
const int usersAge (age); // usersAge can not be changed

常量通常会用在函数的参数值中

void printInteger(const int myValue)
{
    std::cout << myValue;
}

把函数的参数定义为常量有两个意义。首先它告诉调用函数的人不要更改myValue；其次他可以保证函数不会改变myValue的值。

如果函数参数是通过值传递的，那么我们一般不关心函数是否修改了该参数的值（因为最终随着函数结束，会被自动释放）。因此，我们一般不会把值传递的参数作为常量。但是后面我们会学习其他类型的函数参数，更改参数的值会改到传入的参数的值。对于这一类参数，判断是否使用const是非常重要的。

编译时间和运行时间：

当你的程序在编译的时候，叫做编译时间。在编译时间里，编译器会确保你的程序语法证确，将代码文件转换为对象文件。

当你的程序在运行的时候，叫做运行时间。在运行时间里，你的程序将会一行一行地执行。

constexpr：

C++有两种类型地常量：编译时间常量和运行时间常量

运行时间常量表示只有在程序运行的时候才会初始化，如上面的UserAge，MyValue变量都是在运行的时候输入初始化的。

编译时间常量是在编译时间就被初始化了，例如gravity变量，无论什么时候使用都是9.8的值。

在大多数场景下，编译时间常量还是运行时间常量是可以互换的。然而在一些特殊场景下，C++需要一些编译时间常量，比如我们需要定义一个固定长度的数组的时候。因为变量可能是编译时间常量也可能是运行时间常量，所以需要编译器来跟踪究竟是哪一种。

为了作出区分，C++11新定义了一个关键字constexpr定义编译时间常量。

constexpr double gravity (9.8); // ok, the value of 9.8 can be resolved at compile-time
constexpr int sum = 4 + 5; // ok, the value of 4 + 5 can be resolved at compile-time
 
std::cout << "Enter your age: ";
int age;
std::cin >> age;
constexpr int myAge = age; // not okay, age can not be resolved at compile-time

命名常量变量

一些程序员喜欢使用全大写来定义常量，还有一些喜欢使用k前缀来定义。我们建议和普通变量一样的方法定义就行了，因为常量也是普通变量的一种，使用方法也跟普通变量差不多，只不过不能改变其值，所以普通命名就OK了。

符号常量：

在上一章节中我们研究了数字常量，程序中使用魔数来表示常数量。既然魔数是不好的，那么我们该怎么来替代呢？使用符号常量。符号常量是文字常量的一个名称。有两种方式定义符号常量，一种是好的，另一种是不好的。下面具体展示一下：

Bad：使用类似对象的宏来替换魔数常量：

首先我们介绍一下不太令人满意的方式：在老的code里面，还经常用到，所以你会经常见到类似方法。在1.10章节中，你已经学习了宏的两种格式，一种是带有替换参数的，另一种是没有带替换参数的。这里我们探讨的是带有替换参数的。

#define identifier substitution_text

预处理器遇到这种指令的时候，会直接把代码中所有的‘identifier’替换成‘substitution_text’。其中identifier一般使用全大写字母表示，下划线链接。

#define MAX_STUDENTS_PER_CLASS 30
int max_students = numClassrooms * MAX_STUDENTS_PER_CLASS;

当你编译你的代码的时候，预处理器会把代码中所有的MAX_STUDENTS_PER_CLASS替换成30，然后再进行编译。

你会发现这比使用魔数有更多的优势。首先，MAX_STUDENTS_PER_CLASS不需要备注就能让读者明白。其次，如果其值改变了，我们只需要改变这一个地方就OK了。

#define MAX_STUDENTS_PER_CLASS 30
#define MAX_NAME_LENGTH 30
 
int max_students = numClassrooms * MAX_STUDENTS_PER_CLASS;
setMax(MAX_NAME_LENGTH);

在这个例子中，两个变量都是使用的30，但是使用宏的方式，就能区分出这是完全两个独立的变量。

所以为什么不使用#define来定义常量呢？有以下两个问题：

首先，宏定义会被预处理器处理，因此在调试的时候并不会显示数据的值，而是宏的名字。所及，即使表示int max_students = numClassrooms * 30，但是调试器里面显示的确是int max_students = numClassrooms * MAX_STUDENTS_PER_CLASS。这样不利于调试。

其次：#define宏定义往往会有文件范围域，假如你在一个文件里定义了一个宏，然后又在另外一个函数里定义了另外一个，往往会报冲突。

#include 
 
void a()
{
// This define value is now available for the rest of this file
#define x 5
	std::cout << x;
}
 
void b()
{
// Even though we're intending this x to be local to function b()
// it conflicts with the x we defined inside function a()
#define x 6
	std::cout << x;
}
 
int main() {
 
	a();
	b();
 
	return 0;
}

在上面的代码里，我们在函数a（）里面定义了一个宏，#define x，目的是想让它在函数内部使用。然而在整个文件里都可以使用这个宏。因此我们在函数b()里面再次定义一个宏的时候，就有了相应的命名冲突上报。即使不报错，x的值也是5，而不是6.

Good：使用const定义常量变量

一个比较好的创建符号常量的方式是使用const来定义：

constexpr int maxStudentsPerClass { 30 };
constexpr int maxNameLength { 30 };

这种方式让变量可以在debugger中正常显示，也可以遵循所有正常变量的有效范围。

在整个程序中使用符号常量

在多数程序里，一个符号常量需要从头用到尾。这种包括数学或者物理上的一些常数。与其每次都定义一遍，比如直接在一个核心位置定义一次，其他地方随时使用。这样，如果你需要改动的话，只需要改动一个地方就OK了。

在C++里有很多种方式来实现这一点，但是下面的是最容易的：

• 创建一个头文件来包含这些常量
• 在这个头文件里定义一个命名空间
• 在你的命名空间里加上你的所有常量
• 当你使用的时候#include你的头文件

#ifndef CONSTANTS_H
#define CONSTANTS_H
 
// define your own namespace to hold constants
namespace constants
{
    constexpr double pi(3.14159);
    constexpr double avogadro(6.0221413e23);
    constexpr double my_gravity(9.2); // m/s^2 -- gravity is light on this planet
    // ... other related constants
}
#endif

使用范围操作符（：：）来引用

#include "constants.h"
double circumference = 2 * radius * constants::pi;

如果你同时有物理学的常量和app的调优值，你可以弄两个文件。一个是永远不变的物理常量，另一个是可能有变化的调优值。这样物理常量你可以到处使用了。

在后续的课程4.2中，我们使用了一种全局变量来定义符号常量。