C++——指针与const

本文详细介绍了C++中指针与常量的关系,包括指向常量的指针不能改变其所指对象的值,常量指针自身的不可变性以及顶层const和底层const的区别。通过实例解析了指针作为常量和指针指向常量对象的不同场景,强调了在声明指针时从右向左阅读的原则以理解声明的含义。

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与引用一样,可以令指针指向常量或非常量。类似于常量引用,指向常量的指针不能用于改变其所指对象的值。

如果想要存放常量对象的地址,只能使用指向常量的指针:

const double pi = 3.14; // pi是一个常量,值不能发生改变
double *ptr = π // 错误, ptr只是一个普通的指针, 无法指向一个被const修饰的量
const double *cptr = π // 正确,cptr同样被const修饰,可以指向被const修饰的量
*cptr = 42; // 错误: 不能给*cptr赋值

通常情况下,指针的类型必须与其所指对象的类型一致,但是有两个例外。第一种例外情况是允许令一个指向常量的指针指向一个非常量对象:

double dval = 3.14; // dval 是一个双精度浮点数,它的值可以被改变
cptr = &dval; // 正确:但是不能通过cptr改变dval的值

和常量引用一样,指向常量的指针没有规定其所指的对象必须是一个常量。所谓指向常量的指针仅仅要求不能通过该指针改变对象的值,并未规定那个对象的值不能通过其他途径改变。

const指针

指针是对象而引用不是,就像其他对象一样,指针本身可以设置为常量。常量指针必须要初始化,而初始化完成后,它的值——地址,就不能再改变了。如果const之前用*修饰,则说明指针是一个常量,这样的书写隐含着更深层的含义,即不变的是指针本身的值而非指向的值:

int errNumb = 0;
int *const curErr = &errNumb;   // curErr将一直指向errNumb
const double pi = 3.1415926;
const double *const pip = π  // pip是一个指向常量对象的常量指针

而弄清楚这些声明的含义最有效的办法就是从右向左阅读。

此例中,离curErr最近的符号是const, 意味值curErr本身是一个常量对象,对象的类型由声明符的其余部分确定。声明符中的下一个符号是*,表示curErr是一个常量指针。

最后,该声明语句的基本数据类型部分确定了常量指针指向的是一个int对象。同样的,pip是一个常量指针,它指向的对象是一个双精度浮点型常量。

        指针本身是一个常量并不意味着不能通过指针修改其所指对象的值,能否这样做取决于所指对象的类型。上例中pip是一个指向常量的常量指针,不论是pip所指对象还是pip自己的地址都不能改变,而curErr所指的是一个一般的非常量整数,那么可以用curErr去修改errNumb的值:

*pip = 2.72; // 错误:pip是一个指向常量的指针

if (*curErr) {
    errorHandler();
    *curErr = 0; // 正确: 把curErr所指的对象值重置
}

顶层const 与 底层const

        指针本身是不是常量与指针所指量是不是一个常量是两个问题。

用顶层来表示指针本身是一个常量,用底层来表示指针所指对象是一个常量。

        一般,用顶层const来表示常量,而底层const则与指针和引用等复合类型的基本类型相关。其中,以指针最为特殊,指针既可以是顶层const也可以是底层const。

int i = 0;
int *const p1 = &i;   //不能改变p1的值, 这是一个顶层const
const int ci = 42;    //不能改变ci的值, 这是一个顶层const
const int *p2 = &ci;  //允许改变p2的值, 这是一个底层const
const int *const p3 = p2;    //靠右的const是顶层const, 靠左的是底层const
const int &r = ci;           //用于声明引用的const都是底层const

         要注意,当进行对象拷贝的时候,顶层const不会发生改变而底层const会受到影响。

 i = ci;    //正确:拷贝ci的值, ci是一个顶层const, 对此操作无影响
 p2 = p3;   //正确:p2和p3指向的对象类型相同, p3顶层const部分不影响

        底层const在拷贝时会有限制: 当执行对象的拷贝操作时,拷入和拷出的对象必须具有相同的底层const资格,或者两个对象的数据类型必须能够转换。 一般,非常量可以转换成常量,反之不行:

int *p = p3;    //错误:p3包含底层const,而p没有
p2 = p3;        //正确:p2和p3都具备const
p2 = &i;        //正确: int* 能转换成const int*
int &r = ci;    //错误: 普通的int&不能绑定到int常量上
const int &r2 = i; //正确:const int& 可以绑定到普通int上

### C++ 中 `const` 指针的使用方法和特性 #### 定义声明 在C++中,可以利用 `const` 关键字修饰指针的不同部分以实现不同效果。具体来说: - 当 `const` 放置在星号左侧时(即形式为 `T const *p` 或者 `const T *p`),表示这是一个指向常量对象的指针,意味着通过该指针无法改变所指向的数据[^1]。 ```cpp const int* ptrToIntConst; // 或写作 int const* ptrToIntConst; ``` 上述代码表明 `ptrToIntConst` 是一个指向整型常量的指针,允许更改指针本身使其指向其他位置,但是不允许经由这个指针修改它所指向的内容。 - 若将 `const` 置于星号右侧,则创建了一个常量指针,这意味着一旦初始化之后就不能再让此指针指向另一个地址[^3]。 ```cpp int b = 20; int a = 10; int* const ptrToConstInt = &a; // 下面这行将会报错,因为尝试重新绑定已固定的指针 // ptrToConstInt = &b; ``` 这里展示了如何定义一个不可变的指针——它可以读取并写入其所指向的对象,但自身不能再被赋予新的内存地址。 #### 双重限定符的应用场景 对于某些情况可能需要同时限制指针及其目标数据都不能发生变化,这时就需要应用双重 `const` 来构建所谓的“完全只读”的指针结构[^4]。 ```cpp const double PI = 3.14159265358979323846; const double* const piPtr = Π // 这两个操作都会引发编译期错误: // *piPtr = 3.14; // 不可变更指向值 // piPtr = nullptr; // 不可变更指针本身 ``` 这种类型的指针非常适合用来传递函数参数,在不希望内部逻辑影响外部状态的情况下非常有用。
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