c++ 常量 常指针 常函数 常对象

1. 常量

在C++中，常量（Constants）是指在程序执行期间不会改变其值的变量。常量是一种值被设置后不能被修改的标识符。使用关键字 const 可以声明常量，并将其与一个特定的值绑定。

1.1 常量的使用场景

1. 防止数据被修改：通过将变量声明为常量，可以确保其值在初始化后不会被修改，从而增加程序的可靠性和安全性。特别是在函数中传递参数时，将参数声明为常量可以避免对参数值的意外修改。

void processData(const int value) {
    // value = 10;  // 错误，常量不可修改
    // 处理数据
}

2. 提高程序可读性：通过将常量定义为具有描述性的名称，可以提高程序的可读性和可维护性。这样，在代码中使用常量的地方，可以直接使用具有描述性的名称，而无需记住具体的数值或字符串。

const int MAX_COUNT = 100;
for (int i = 0; i < MAX_COUNT; ++i) {
    // 循环操作
}

3. 避免硬编码：常量的使用可以避免在代码中直接使用数值或字符串，从而减少硬编码。这样，如果需要修改常量的值，只需要修改常量的定义，而无需在代码中逐个修改。

const float PI = 3.14159;
float radius = 5.0;
float area = PI * radius * radius;

4. 优化代码：在某些情况下，编译器可以利用常量的值进行优化，例如在编译时进行常量折叠（Constant Folding）和循环展开（Loop Unrolling），从而提高程序的执行效率。

const int LOOP_COUNT = 100;
for (int i = 0; i < LOOP_COUNT; ++i) {
    // 循环操作
}

1.2 使用常量时要遵循规则：

1. 常量必须在声明时进行初始化，并且初始化后不能再修改其值。
2. 常量命名通常使用全大写形式，并采用下划线分隔单词（例如MAX_SIZE）。
3. 使用常量时应该考虑其作用域和生命周期，确保其在所需范围内有效。
4. 常量可以用于各种数据类型，包括基本类型、对象和指针。

常量在代码中起到了提高可读性、安全性和性能的作用，并且可以约束参数类型。合理使用常量可以使程序更加健壮和可维护。

2. 常指针

参考 c++ 常量指针与指针常量
常指针（const pointer）是指一个指针变量，它所指向的内存地址数据不可修改。

2.1 使用场景

1. 保护对象的值不被修改：通过将指针声明为常指针，可以确保所指向的对象的值不被修改。这对于传递指针给其他函数或共享指针时很有用，可以防止函数或其他部分意外地修改对象的值。

int value = 10;
const int* ptr = &value;
// *ptr = 20;  // 错误，常指针不能修改所指向的对象的值

2. 传递指针给只读函数：常指针可以用于传递指针给只读函数，这样可以确保函数内部不会修改所指向的对象的值，增加程序的安全性。

void printData(const int* ptr) {
    // *ptr = 20;  // 错误，只读函数不能修改所指向的对象的值
    std::cout << "Data: " << *ptr << std::endl;
}

3. 与常对象配合使用：常指针可以与常对象配合使用，用于指向不可修改的对象。这样可以确保指针不会被用于修改对象的值。

完整代码：

#include 

void printData(const int* ptr) {
    std::cout << "Data: " << *ptr << std::endl;
}

int main() {
    int value = 42;
    const int* ptr = &value;

    printData(ptr);

    return 0;
}

3. 常函数

常函数（常成员函数）（const member function）是指在函数声明和定义中使用 const 关键字修饰的成员函数。常函数承诺不会修改对象的任何成员变量，它只能读取成员变量的值，但不能修改它们。这样可以确保在常对象上调用常函数时，对象的状态不会发生变化。

3.1 常函数特点

1. 常函数不会修改对象的状态：常函数保证在其内部不会对类的成员变量进行修改操作。
2. 常函数可以被常对象调用：常对象是指被声明为const的对象，在其上只能调用常成员函数。
3. 常函数可以被非常对象调用：非常对象上既可以调用常成员函数，也可以调用非常成员函数。

代码：

#include 
#include 

using namespace std;

class Rectangle {
private:
    int width;
    int height;

public:
    Rectangle(int w, int h) : width(w), height(h) {}

    // 非常成员函数
    void setWidth(int w) {
        width = w;
        // this :  Rectangle *
    }

    // 声明为常成员函数
    int getWidth() const {
        return width;
        // this : const Rectangle *
    }


};

常函数只能去读成员的数据，不能修改成员的值；
常函数不能调用普通的函数，只能调用常函数；
普通成员函数中的this指针 Rectangle *，而常函数this指针是const Rectangle * ，就是常量指针，它所指向的内存地址数据不可修改

3.2 使用场景

1. 保证数据成员不被意外修改：如果你希望某些成员变量在对象被视为"只读"时不能修改，你可以将相关操作定义为常成员函数。
2. 提供只读访问接口：有时候你希望提供一些只读方法来获取类中的数据，而不允许通过这些方法进行修改操作。这种情况下，你可以将这些方法声明为常成员函数。

4. 常对象

常对象（常量对象）（Constant object）是指通过使用 const 关键字修饰的对象。常对象的值在创建后不能被修改，它的成员变量和成员函数都被视为常量，并且只能调用常函数。
代码：

#include 
#include 

using namespace std;

class Rectangle {
private:
    int width;
    int height;

public:
    Rectangle(int w, int h) : width(w), height(h) {}

    // 非常成员函数
    void setWidth(int w) {
        width = w;
        // this :  Rectangle *
    }

    // 声明为常成员函数
    int getWidth() const {

        return width;
        // this : const Rectangle *
    }


};

int main() {
    Rectangle rect0(20, 5);     // 非常对象
    //非常对象上可以调用非常成员函数
    rect0.setWidth(15);
    //非常对象上可以调用常成员函数
    int width0 = rect0.getWidth();
    cout << "Width: " << width0 << endl;

    const Rectangle rect(10, 5);  // 常对象
    // 调用常成员函数
    int width = rect.getWidth();
    cout << "Width: " << width << endl;

    // 无法调用非常成员函数
    // rect.setWidth(20);  // 编译错误

    return 0;
}

运行结果：

Width: 15
Width: 10

4.1 提示

如果想改某个变量的值，可以给某个变量加上 mutable关键字，表示这个变量是可变的。

#include 
#include 

using namespace std;

class Rectangle {
public:
    int width;
    mutable int height;


    Rectangle(int w, int h) : width(w), height(h) {}

    // 非常成员函数
    void setWidth(int w) {
        width = w;
        // this :  Rectangle *
    }

    // 声明为常成员函数
    int getWidth() const {
        //width = 10
        height = 30;
        return width;
        // this : const Rectangle *
    }


};

int main() {
    Rectangle rect0(20, 5);     // 非常对象
    //非常对象上可以调用非常成员函数
    rect0.setWidth(15);
    
    //非常对象上可以调用常成员函数
    int width0 = rect0.getWidth();
    cout << "Width: " << width0 << endl;

    const Rectangle rect(10, 5);  // 常对象
    // 调用常成员函数
    int width = rect.getWidth();
    cout << "Width: " << width << endl;
    rect.height =100;
    // 无法调用非常成员函数
    //rect.setWidth(20);  // 编译错误

    return 0;
}

把 height 声明为 mutable后 mutable int height;不仅在常函数可以改变成员变量的值：

   // 声明为常成员函数
    int getWidth() const {
        //width = 10
        height = 30;
        return width;
    }

而且常对象也可以改变成员函数的值

    const Rectangle rect(10, 5);  // 常对象
    // 调用常成员函数
    int width = rect.getWidth();
    cout << "Width: " << width << endl;
    rect.height =100;
    //rect.width = 200;

4.2 使用场景

1. 数据保护：常对象用于保护数据不被修改。当某个对象的值在创建后不应该被改变时，可以将其声明为常对象，从而确保对象的值不会被意外修改。

2. 代码安全性：常对象的使用可以提高代码的安全性。在多线程环境下，常对象可以防止并发访问导致的数据竞争和错误修改。此外，常对象还可以避免意外修改对象的值，增加代码的可靠性。