被const修饰的函数

被const修饰的函数

标签(空格分隔):c/c++


部分参考:http://www.tuicool.com/articles/Nz6N3e

  • 用const修饰函数的参数

    如果输入参数采用 指针传递 ,那么加 const 修饰可以防止意外地改动该指针,起到保护作用。
    例如 StringCopy 函数:

    void StringCopy(char *destination, const char *source);

      如果输入参数采用“值传递”,由于函数将自动产生临时变量用于复制该参数,则输入参数无需保护,所以不要加 const 修饰,即不是所有的入参都需要进行const保护。

    【一种特殊的情况】
      即对于非内部数据类型的参数而言,像 void func(A a) 这样声明的函数注定效率比较低。因为函数体内将产生A类型的临时对象用于复制参数a,而临时对象的构造、复制、析构过程都将消耗时间。

      为了提高效率,可以将函数声明改为 void func(A &a),因为“引用传递”仅借用一下参数的别名而已,不需要产生临时对象。但是函数 void func(A &a) 存在一个缺点:“引用传递”有可能改变参数a,这是我们不期望的。解决这个问题很容易,加const修饰即可,因此函数最终成为 void func(const A &a)。

      那么问题来了:是否应将 void func(int x) 改写为 void func(const int &x),以便提高效率?完全没有必要,因为内部数据类型的参数不存在构造、析构的过程,而复制也非常快,“值传递”和“引用传递”的效率几乎相当。

    【总结一下】
    

    (1)对于非内部数据类型的输入参数,应该将“值传递”的方式改为“const 引用传递”,目的是提高效率。例如将 void func(A a) 改为 void func(const A &a)。
    (2)对于内部数据类型的输入参数,不要将“值传递”的方式改为“const 引用传递”。否则既达不到提高效率的目的,又降低了函数的可理解性。例如 void func(int x) 不应该改为void func(const int &x)。

  • 用const 修饰函数的返回值
      如果给以“指针传递”方式(返回值)的函数返回值加 const 修饰,那么函数返回值(即指针)的内容不能被修改, 该返回值只能被赋给加 const 修饰的同类型指针。

      如下语句将出现编译错误:
      char *str = getString();
      正确的用法是:
      const char *str = getString();

      如果函数返回值采用“值传递方式”,由于函数会把返回值复制到外部临时的存储单元中,加const 修饰没有任何价值。例如,不要把函数 int getInt(void) 写成 const int getInt(void)。同理不要把函数 A getA(void) 写成 const A getA(void),其中 A 为用户自定义的数据类型。

      如果返回值不是内部数据类型,将函数 A getA(void) 改写为 const A & getA(void) 的确能提高效率。但此时千万千万要小心,一定要搞清楚函数究竟是想返回一个对象的“拷贝”还是仅返回“别名”就可以了,否则程序会出错。

  • const 成员函数
    任何不会修改数据成员的函数都应该声明为 const 类型。
    在类中,const关键字位于函数名之后的位置(注意写法),比如:

    class classname{
        ...
        int GetCount(void) const; // const 成员函数
        ...
    };
    • 总结

      关于 const 函数的几点规则:

      • const 对象只能访问 const 成员函数(类似于类的静态成员函数),而非 const 对象可以访问任意的成员函数,包括 const 成员函数。
      • const 对象的成员是不可修改的,然而 const 对象通过指针维护的对象(指针对象作为成员)却是可以修改的。
      • const 成员函数不可以修改对象的数据,不管对象是否具有 const 性质。它在编译时,以是否修改成员数据为依据,进行检查。
      • 然而加上 mutable 修饰符的数据成员,对于任何情况下通过任何手段都可修改,自然此时的 const 成员函数是可以修改它的。

      【解释:为什么const对象只能访问const成员函数
        当我们的对象是const对象时,比如 const CTest ttt; 这时候表示什么意思呢?ttt的内容是不可以改变的,当我们把&ttt作为一个参数传到形参this时,矛盾出现了:(1)ttt的成员不可以被改变。(2)this指针的成员变量是可以改变的(只是this指向的对象地址不能改变)。如果我能正确的将ttt的地址传给this,那么ttt这个常量的值就可以在this中被改变了!,所以,编译器是不允许这种情况出现的,也就是说如果我们用const对象访问了非const成员函数就提示错误了。故,const对象不能访问非const成员函数。
        当我们的成员函数是const成员函数时,例: CTest::ttt() const; ,在编译器解释时会将该函数解释为 CTest::ttt(const CTest const this) ,this指针及其所指向的内容都不可以被修改,前面提到的矛盾也就不存在了,所以const对象可以访问const成员变量。

      【const成员函数的访问权限】
      a. const成员函数不被允许修改它所在对象的任何一个数据成员。
      b. const成员函数能够访问对象的const成员,而其他成员函数不可以。


  • 补充

    • 使用const的优点之节省空间、提高效率
      【节省空间】const定义常量从汇编的角度来看,只是给出了对应的内存地址,而不是象#define一样给出的是立即数,所以,const定义的常量在程序运行过程中只有一份拷贝,而#define定义的常量在内存中有若干个拷贝。
      【提高效率】编译器通常不为普通const常量分配存储空间,而是将它们保存在符号表中,这使得它成为一个编译期间的常量,没有了存储与读内存的操作,使得它的效率也很高。

    • const修饰成员变量
      const修饰类的成员,表示成员常量,不能被修改,同时它只能在初始化列表中赋值

    • 将const类型转化为非const类型的方法
      采用const_cast 进行转换。
      用法: const_cast <type_id> (expression)

    • 其他补充
        如果在非const成员函数中,this指针只是一个类类型的;如果在const成员函数中,this指针是一个const类类型的(底层的const,this本身是默认顶层的const);如果在volatile成员函数中,this指针就是一个volatile类类型的。
        new返回的指针必须是const类型的。

<think> 首先,用户的问题是:“我想了解C++const修饰函数的相关知识,请问C++const修饰函数的用法和原理”。用户提供了几个引用,这些引用讨论了C++const修饰函数的各个方面。 用户提到的引用包括: - 引用[1]:解释了const修饰函数的不同形式,如修饰返回值、修饰形参、const成员函数。 - 引用[2]:讨论了const修饰成员函数时如何影响this指针和成员变量的修改。 - 引用[3]:解释了常函数的概念,以及mutable关键字的用法。 - 引用[4]:强调了const成员函数用于不修改数据成员的情况,并提到编译器检查。 - 引用[5]:补充了常函数中指针的const修饰。 我的回答需要基于这些引用,同时也要全面、清晰地解释C++const修饰函数的用法和原理。回答必须使用中文,因为系统指令指定了“使用中文回答”。 回答结构应清晰,帮助用户逐步解决问题。系统指令要求回答真实可靠,所以我需要确保信息准确。 关键点覆盖: 1. **修饰返回值**:如`const int& fun(int& a);`,表示返回值是const引用,防止被修改。 2. **修饰形参**:如`int& fun(const int& a);`,表示形参是const引用,确保函数内不修改传入参数。 3. **const成员函数**:如`int& fun(int& a) const;`,表示成员函数是常量成员函数,确保函数内不修改对象的成员变量(除非使用mutable修饰)。 原理方面: - 对于const成员函数const修饰的是this指针,变为`const ClassName* const this`,意味着this指向的对象是常量,因此不能修改非mutable成员变量。 - 编译器会在编译时检查const成员函数内是否有修改成员的操作;如果有,会报错。 - mutable修饰的成员变量即使在const成员函数中也可以修改。 回答结构: 1. **简介**:解释const修饰函数的重要性(如引用[1]提到的“衡量一个程序员是否老道的标准”)。 2. **主要用法**: - 修饰返回值 - 修饰形参 - const成员函数 3. **原理**:重点在const成员函数的原理,包括this指针的修饰、编译时检查。 4. **示例**:提供代码示例演示用法(参考引用[3]的例子)。 5. **好处**:讨论使用const修饰函数的好处,如提高代码健壮性、安全性。 6. **常见问题**:如mutable的作用、编译错误等。 最后,系统指令要求“生成相关问题”,所以回答末尾需要添加相关问题部分,格式如“§§相关问题§§”后跟列表。 确保LaTeX语法正确:行内数学表达式用$...$,独立公式用$$...$$。由于主题是C++,可能没有太多数学公式,但如果有需要,要正确使用。例如,如果需要解释指针,可以用$*$表示指针。 现在,构建回答大纲: - **开头**:直接回答问题,概述const修饰函数的用法。 - **主体部分**: - 1. 修饰返回值 - 2. 修饰形参 - 3. const成员函数(详细解释原理和用法) - 4. 示例代码 - **结尾**:总结好处。 - **相关问题**:生成2-3个相关问题。 相关问题建议: 1. 如何避免在const成员函数中意外修改成员变量? 2. const修饰函数C++标准中的作用是什么? 3. 在实际编程中,const成员函数有哪些最佳实践? 引用标识:在回答中引用的部分末尾添加引用标识,如[^1]。基于用户提供的引用,我需要适当地引用它们。例如,当提到修饰返回值时,可以引用[^1]。 代码块:如果提供代码示例,需要用```code```格式包围。 最终回答用中文。 </think> ### C++const修饰函数的用法和原理 在C++中,`const`关键字用于修饰函数时,主要涉及三种情况:修饰返回值、修饰形参和修饰成员函数(常函数)。这些用法能显著提升代码的健壮性和安全性,通过编译器强制约束来防止意外修改数据[^1]。以下是详细解释: #### 1. **修饰返回值** - **用法**:将`const`添加到函数返回类型前,表示返回值不可修改。 - **原理**:返回的引用或指针指向的对象是常量,防止调用端意外修改原始数据。例如: ```cpp const int& getValue(const int& a) { return a; // 返回值是const引用,外部无法修改a的值 } ``` - 如果尝试`getValue(x) = 10;`,编译器会报错,因为返回值是只读的[^1]。 - **适用场景**:返回敏感数据(如类成员)时保护数据完整性。 #### 2. **修饰形参** - **用法**:在函数形参前添加`const`,确保函数内部不修改传入参数。 - **原理**:形参被声明为常量引用或指针,函数体内任何修改尝试都会触发编译错误。例如: ```cpp void printData(const int& data) { // data = 5; // 错误:尝试修改const形参 std::cout << data; } ``` - 这避免了副作用,并支持传入临时对象或字面量[^1]。 - **好处**:提高代码可读性和安全性,减少bug。 #### 3. **修饰成员函数(常函数)** - **用法**:在成员函数声明末尾添加`const`,表示该函数不修改对象状态。 - **原理**: - `const`本质修饰`this`指针,将`this`从`ClassName*`变为`const ClassName*`,使`this`指向的对象为常量[^2][^5]。 - 函数体内无法修改任何非`mutable`成员变量,否则编译器报错: ```cpp class Person { public: int age; // 普通成员变量 mutable string name; // mutable修饰的变量 void modify() const { // age = 20; // 错误:常函数禁止修改普通成员 name = "Alice"; // 正确:mutable变量可修改 } }; ``` 参考示例代码见[^3]。 - 编译器在编译时静态检查:如果常函数内尝试调用非const成员函数或修改成员变量,直接报错[^4]。 - **设计目的**: - 安全性:确保常量对象(如`const Person p;`)只能调用常函数,防止意外修改。 - 接口清晰:标识函数是否为"只读操作",便于团队协作[^4]。 #### 4. **好处与实际应用** - **健壮性**:`const`成员函数强制"不修改对象状态"的契约,编译器检查可捕获逻辑错误(如误改成员变量)[^4]。 - **性能优化**:编译器可利用`const`信息进行优化(如缓存只读操作)。 - **最佳实践**: - 任何不修改成员变量的函数都应声明为`const`[^4]。 - 结合`mutable`处理需在常函数中修改的特殊变量(如缓存或锁)[^3]。 #### 示例代码演示 ```cpp #include <iostream> #include <string> using namespace std; class Counter { public: int count; mutable int cache; // mutable修饰的变量 Counter() : count(0), cache(0) {} // 常函数:不修改成员(除mutable外) int getCount() const { // count++; // 错误:禁止修改普通成员 cache++; // 正确:mutable变量可修改 return count; } }; int main() { const Counter c; // 常量对象 c.getCount(); // 常量对象只能调用常函数 return 0; } ``` ###
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