【C++】超详细入门 —— 一文带你搞懂const限定符

⚓️作者简介：即将大四的北京某能源高校学生。
 
座右铭：“九层之台，起于垒土” 。所以学习技术须脚踏实地。
 
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const限定符的用途很广，普通变量、指针与引用、函数与函数参数、类成员变量成员函数都能用const修饰。虽然const能用的地方很多，但是大都万变不离其宗，它的作用也比较单一，今天博仔就带你来详细解析 const。

1、变量中的const

编写程序过程中，我们有时不希望改变某个变量的值。此时就可以使用关键字 const 对变量的类型加以限定。

1.1 普通变量

直接在普通变量类型声明符前加上 const，可以将声明为 const 类型：

const int a = 0;

这样就把 a 声明成了一个 const 类型的常量，所以我们不能再改变它的值了，所以下面试图改变 a 的语句将会编译报错：

a = 10;

修改局部变量的值：

但是如果 a 是局部变量，就可以通过指针来修改 a 的值：

	const int a = 0;
    int *p = (int *)&a;
    *p = 10;
    cout << "a = " << a << endl;
    cout << "*p = " << *p << endl;
    cout << "p = " << p << endl;
    cout << "&p = " << &p << endl;
------------------------------------------------------
	out:
	a = 0
	*p = 10
	p = 0x61ff0c
	&p = 0x61ff08

程序通过强制类型转换将 a 的地址转换为 int * 类型，并赋值给整型指针 p，然后通过 p 将 a 的值修改为 10。

程序正常运行，但是 a 的值和 *p 的值并不相同，明明已经通过指针改变了地址中的内容，这是为什么呢？难道一个地址能存储两个值？当然不能。
这就是 C++ 中的常量折叠 ，因为常量是在运行时初始化的，编译器对常量进行优化，直接将常量值放在编译器的符号表中，使用常量时直接从符号表中取出常量的值，省去了访存这一步骤。

a 是常量，编译器对 a 在预处理时就进行了替换。a 的地址中的值则被 p 所改变。从 a 的地址与 p 的地址可以看出，a 存储在栈中，所以能对其进行修改。

修改全局变量的值

通过指针修改位于静态存储区的的const变量，语法上没有报错，编译不会出错，一旦运行就会报告异常。因为全局变量存储于静态存储区，静态存储区中的常量只有读权限，不能修改它的值。

const volatile

在局部 const 变量的类型声明符前加上 volatile 关键字可以使用到该常量的地方不会使用对应符号表中的值，而会间接使用栈中的值。

	const volatile int a = 0;
    int *p = (int *)&a;
    *p = 10;
    cout << "a = " << a << endl;
    cout << "*p = " << *p << endl;
    cout << "p = " << p << endl;
    cout << "&p = " << &p << endl;
-------------------------------------------------
	out:
	a = 10
	*p = 10
	p = 0x61ff0c
	&p = 0x61ff08

从上面代码中输出的结果就能看出，所有用到该常量的地方不会替换成了定义时所赋予的值，在运行的时候将会使用通过指针修改后的值。这样就避免了常量折叠的问题。

1.2 const 修饰引用

我们还可以对引用使用 const 限定符，在引用声明的类型声明符前加上 const 就可以声明对const的引用，常量引用不能用来修改它所绑定的对象。

引用绑定到同一种类型，并修改值

直接上例子：

	int i = 0;
	const int j = 0;
	const int &r1 = i;
	r1 = 20;
	const int &r2 = j;
	r2 = 20;
	int &r3 = j;

第三行将非常量对象 i 绑定到 const 引用 r1 上，此过程中发生了隐式类型转换，i 的类型为 int，r1 的类型为 const int &， 所以这个过程 i 就从 int 转换为了 const int，所以不能通过 r1 改变 i 的值，但可以直接改变 i 的值。但是 const int 类型不能转换为 int。

可以这样想，一个普通变量，能被修改也可以不被修改，所以可以转换为const类型；一个const类型变量，不能被修改，所以不能转换为普通变量。

第五行将常量对象 j 绑定到 const 引用 r2 上，不能直接改变 j 的值也不能通过常量引用改变 j 的值。
第七行将常量对象绑定到 const 引用 r3 上，报错，不能将常量对象绑定到常量引用上。

绑定到另一种类型，并修改值

直接上例子：

	double i= 1.0;
    const int &r1 = i; 
    i = 2.0;
    cout << "i = " << i << endl;
    cout << "r1 = " << r1 <<endl;
    ---------------------------------------
    out:
    i = 2
	r1 = 1

上面的代码将 int 型的引用 r1 绑定到 double 型变量 i 上，然后改变 i 的值，我们发现 r1 并没有改变，它的值反而是绑定 i 时 i 的值。这是因为引用变量的类型与被引用对象的类型不同时，中间会有如下操作：

double i = 1.0;
int temp = i;
const int &r1 = temp;

r1 引用的是临时量 temp，而不是 i，所以才会出现上面的情况。

1.3 const 修饰指针

当使用const修饰指针变量时，情况就复杂起来了。const可以放置在不同的地方，因此具有不同的含义。来看下面一个例子：

	int age = 39;
    const int * p1 = &age;
    int const * p2 = &age;
    int * const p3 = &age;
    const int * const p4 = &age;

二三行是一个意思，表示 p 是指向常量的指针；第四行表示 p 是常量指针；第五行表示 p 是指向常量的常量指针。
上面二三行的赋值同样发生了类型转换，从 int * 转换为 const int *。

指向常量的指针和常量指针

顾名思义：常量指针就是指针本身是常量，指针的值不能改变，也就是指针不能改变指向的对象，所以常量指针必须初始化；指向常量的指针就是指向的变量时常量，被指变量不能被修改。
也可以将两者结合，就有了指向常量的常量指针，其具有指向常量的指针和常量指针的共同性质。

修改指向常量的指针和常量指针

	int age2 = 20;
	*p1 = 20;
	*p3 = 20;
	p1 = age2;
	p3 = age2;

第二行会报错，因为 p1 是指向常量的指针，不能通过指针修改 age 的值；第五行会报错，因为 p3 是常量指针，只能指向 age，不能指向其他变量。

1.4 顶层与底层const

任意常量对象为顶层const，包括常量指针；指向常量的指针和声明const的引用都为底层const。

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2、const 函数形参

我们已经了解了变量中const修饰符的作用，调用函数就会涉及变量参数的问题，那么在形参列表中const形参与非const形参有什么区别呢？

2.1 const 修饰普通形参

同样，先来看看普通变量：

void fun(const int i){
	i = 0;
    cout << i << endl;
}
void fun(int i){
	i = 0;
    cout << i << endl;
}
int main(){
    const int i = 1;
    fun(i);
    return 0;
}

形参的顶层 const 在初始化时会被忽略，所以上面定义的两个函数实际上是一个函数。编译时会出现'void fun(int)' previously defined here错误。

• 由于普通变量时是拷贝传值，所以 const int 实参可以传给 int 形参。
• 与普通 const 变量一样，第一个 fun 中的形参 i 只可读；第二个function中的 i 则可读可写。

2.2 const 修饰指针形参

与 const 指针变量一样，指向常量的指针形参指向的值不能修改；常量指针形参不能指向其他变量；指向常量的常量指针形参指向的值不能被修改，也不能指向其他变量。

#include
using namespace std;
void fun(const int* i){
    cout << *i << endl;
}
void fun(int* i){
    *i = 0;
    cout << *i << endl;
}
int main(){
    const int i = 1;
    //调用 fun(const int* i)，没有 fun(const int* i)，则会编译报错，因为没有匹配形参的函数。
    fun(&i);  
    int j = 1;
    //调用 fun(int* i)，没有 fun(int* i)，则会调用 fun(const int* i)，此时 j 的值不会被改变
    fun(&j);  
    return 0;
}

p1 指向的值不能修改；p2 不能指向其他变量；p3 指向的值不能被修改，也不能指向其他变量。

此外，形参的底层 const 在初始化时不会被忽略，所以上面的两个函数时不同的函数，即重载函数，上面例子编译并不会报错，若果再加上一个void fun(int *const i)就会报错，因为这个函数定义里面 i 是顶层 const。

2.3 const 修饰引用形参

与 const 引用一样，const 引用不会改变被引用变量的值。

#include
using namespace std;
void fun(const int& i){
    cout << i << endl;
}
void fun(int& i){
    i = 0;
    cout << i << endl;
}
int main(){
    const int i = 1;
    //调用 fun(const int& i)，没有 fun(const int& i)，则会编译报错，因为没有匹配形参的函数。
    fun(i);
    int j = 1;
    //调用 fun(int& i)，没有 fun(int& i)，则会调用 fun(const int& i)，此时 j 的值不会被改变
    fun(j);
    return 0;
}

由于 const 引用也是底层 const ，所以上面两个函数是不同的函数，即重载函数，编译并不会报错。

3、类常量成员函数

面向对象程序设计中，为了体现封装性，通常不允许直接修改类对象的数据成员。若要修改类对象，应调用公有成员函数来完成。为了保证const对象的常量性，编译器须区分区分试图修改类对象与不修改类对象的函数。例如：

const Screen blankScreen;
blankScreen.display();   // 对象的读操作
blankScreen.set(‘*’);    // 错误：const类对象不允许修改

C++中的常量对象，以及常量对象的指针或引用都只能调用常量成员函数。

要声明一个const类型的类成员函数，只需要在成员函数参数列表后加上关键字const，例如：

class Screen {
public:
   char get() const;
};

在类外定义const成员函数时，还必须加上const关键字：

char Screen::get() const {
   return screen[cursor];
}

若将成员成员函数声明为const，则该函数不允许修改类的数据成员。例如：

class Screen {
public:
    int get_cursor() const {return cursor; }
    int set_cursor(int intival) const { cursor = intival; }
};

在上面成员函数的定义中，ok()的定义是合法的，error()的定义则非法。

值得注意的是，把一个成员函数声明为const可以保证这个成员函数不修改数据成员，但是，如果据成员是指针，则const成员函数并不能保证不修改指针指向的对象，编译器不会把这种修改检测为错误。例如:

class Name {
public:
    void setName(const string &s) const;
    char *getName() const;
private:
    char *m_sName;
};
 
void setName(const string &s) const {
    m_sName = s.c_str();      // 错误！不能修改m_sName;
 
    for (int i = 0; i < s.size(); ++i) 
        m_sName[i] = s[i];    // 不是错误的
}

const成员函数可以被具有相同参数列表的非const成员函数重载，例如:

class Screen {
public:
    char get(int x,int y);
    char get(int x,int y) const;
};

在这种情况下，类对象的常量性决定调用哪个函数。

const Screen cs;
Screen cc2;
char ch = cs.get(0, 0);  // 调用const成员函数
ch = cs2.get(0, 0);     // 调用非const成员函数

const成员函数不能修改类对象数据成员的深层解析：

调用成员函数时，通过一个名为this的隐式参数来访问调用该函数的对象成员。例如：

Name bozai;
bozai.setName("bozai");
bozai.getName("BOZAI");

调用setName时隐式传入 this 形参，通过改变 this->m_sName 的值来改变bozai对象的m_sName。

当调用getName时，同样是隐式传入 this 形参，不过此时的 this 被 const 修饰了，所以不能通过 this 修改对象的成员了。

到此 const 限定符的讲解就到此结束了，本文主要讲解了 const 的三个大的应用方面，整体来说还是比较详细的，如果有讲解不到位或有误的地方恳请大家批评与交流。

希望大家多多关注，三连支持。你们的支持是我源源不断创作的动力。