从汇编的角度看待const与#define

本文探讨了C++中const与宏定义#define的区别,包括它们的实现机制、编译过程中的处理方式及其对程序的影响。并通过示例展示了两者在实际应用中的不同表现。

本文转载自:http://www.cnblogs.com/huhuuu/archive/2013/11/24/3439830.html
先观察一下的代码:

#include<stdio.h>
#
int main(){
    const int i=1;
    int y;
    int *pi=(int*)&i;
    *pi=2;
    y=*pi;

    int tempi;
    tempi=i;

    printf("i=%d\n",i);
    printf("tempi=%d\n",tempi);
    printf("y=%d\n",y);
}

输出的是

i=1
tempi=1
y=2

观察内存

在执行完*pi=2后

i被神奇的修改了,但是

tempi=i 后 tempi 依旧1

这时观察汇编

你惊奇地发现,在编译成汇编的时候,temp=i 压根就没有通过i去传递参数,直接就是参数 1替换掉了

在观察printf

同样 i直接 原始值替换,压根就没从i的内存里去取值

总结:

1.很显然pi和&i是一样的,也就是说地址是相同的。但i是一个常量,而*pi是一个变量。
2. 编译器对待常量和变量的处理时不一样的。虽然编译器为常量i分配了一个地址,但是常量并不储存在那个地址上,而是用一个立即数直接代替它。

后来又看了一下网上的资料:

发现这还有个名字,叫做“常量折叠”

比如const int i=2*2, 在预编译的时候都会将 i 替换为4,编译器确实将2*2算成4了,以后碰到i就用4替换,这个计算2*2的过程据说叫常量折叠–const folding,而用4替换i的过程叫做复写传播–copy propagation.他们都是编译器的优化技术。 因为编译器在优化的过程中,会把碰见的const全部以内容替换掉(跟宏似的: #define pi 3.1415,用到pi时就用3.1415代替),这个出现在预编译阶段;但是在运行阶段,它的内存里存的东西确实改变了!

发现问题:

这个时候,以为问题结束了么,问题又来了,既然const的机制有点像#denfine宏定义,那么为什么好要有const呢

#include<stdio.h>

#define x 2+3

int main(){
    int y=2+3;

    printf("x=%d\n",x/2);
    printf("y=%d\n",y/2);
}

在使用#define的时候要注意了

#define x (2+3) 

参考:《高质量C++/C编程指南》

C++ 语言可以用const 来定义常量,也可以用#define 来定义常量。但是前者比后者有更多的优点:
(1) const 常量有数据类型,而宏常量没有数据类型。编译器可以对前者进行类型安全检查。而对后者只进行字符替换,没有类型安全检查,并且在字符替换可能会产生意料不到的错误(边际效应)。
(2) 有些集成化的调试工具可以对const 常量进行调试,但是不能对宏常量进行调试。规则5-2-1:在C++ 程序中只使用const 常量而不使用宏常量,即const 常量完全取代宏常量。

2.实现机制

宏是预处理命令,即在预编译阶段进行字节替换。const常量是变量,在执行时const定义的只读变量在程序运行过程中只有一份拷贝(因为它是全局的只读变量,存放在静态存储区的只读数据区。根据c/c++语法,当你声明该量为常量,即告诉程序和编译器,你不希望此量被修改。 程序的实现,为了保护常量,特将常量都放在受保护的静态存储区内。凡是试图修改这个区域内的值,都将被视为非法,并报错。 这不能理解为凡是字符串都是放在静态存储区域的。这个跟数据类型没有关系,而是这个量是变量还是常量的问题。例如,一个字符串变量就是可以被修改的。 这种静态存储区域的保护机制是由编译器实现的,而非存储该值的内存的电器属性。换言之,实质上内存永远都可以被用户随意修改,只是编译器给用户的代码注入了一些自己的保护代码,通过软件手段将这段内存软保护起来。这种保护在汇编级别可以轻松突破,其保护也就无效了。)。

3.用法区别

define宏定义和const常变量区别:
1.define是宏定义,程序在预处理阶段将用define定义的内容进行了替换。因此程序运行时,常量表中并没有用define定义的常量,系统不为它分配内存。const定义的常量,在程序运行时在常量表中,系统为它分配内存。

### const#define 的比较 在C语言中,`const` 关键字和预处理器指令 `#define` 都可以用于定义常量,但在实际应用中有显著的区别。 #### 使用 `const` `const` 是一种类型限定符,允许创建不可修改的变量。这不仅限于基本数据类型的常量,还可以应用于指针和其他复杂的数据结构。使用 `const` 定义的常量具有作用域的概念,并遵循标准的作用域规则[^4]。 ```c // 声明一个整型常量 const int MAX_SIZE = 100; void exampleFunction(const char* str) { // str 参数作为只读处理 } ``` #### 使用 `#define` 另一方面,`#define` 属于编译器预处理命令,在编译之前替换宏名及其参数为指定的内容。这种方式不会分配存储空间给所谓的“常量”,而是简单地执行文本替换操作。因此,通过 `#define` 创建的伪常量不具备真正的类型安全性和作用域控制能力。 ```c // 宏定义一个整数值 #define MAX_SIZE 100 ``` #### 类型安全性差异 由于 `const` 实际上声明了一个有具体类型的对象,所以它提供了更好的类型检查支持;而 `#define` 只是简单的字符串替换机制,无法享受编译期提供的类型保护措施。 #### 存储方式的不同 当使用 `const` 来定义全局或静态局部变量时,这些变量会被存放在程序的数据段内;相比之下,由 `#define` 所代表的文字值则会在每次遇到该宏的地方被直接嵌入到代码之中。 #### 调试友好度对比 对于调试而言,带有名称的 `const` 对象更容易追踪其生命周期以及具体的内存地址位置,有助于定位错误根源;相反,经由 `#define` 插入的匿名文字可能会增加理解代码逻辑难度,尤其是在大型项目里维护成本更高。 综上所述,尽管两者都能实现类似的表面功能——即提供固定不变的值供后续引用,但从现代软件工程实践角度来看,推荐优先考虑采用 `const` 方式来代替传统的 `#define` 方法,除非确实有必要利用后者特有的特性。
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