C++中const 的各种用法

最新推荐文章于 2025-09-10 15:16:07 发布

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文章标签： c/c++

本文详细介绍了C++中const关键字的多种用法，包括修饰变量、引用、指针及类等，展示了如何利用const提高代码的安全性和效率。

C++中const 关键字的用法

const修饰变量

const 主要用于把一个对象转换成一个常量，例如：

const int size = 512;
size = 0;        // error: assignment of read-only variable

上面的例子中，定义size为常量并初始化为512，变量size仍是一个左值，但是现在这个左值是不可修改的，任何修改size的尝试都会导致编译错误。

因为常量在定以后就不能被修改，因此const对象定义时必须初始化，否则会引起编译错误，例如：

const int size;  // error: uninitialized const

在全局作用域里定义非const变量时，它在整个程序中都可以访问。我们可以把一个非const变量定义在一个文件中，假设已经做了合适的声明，就可以在另外的文件中使用这个变量：

// file1.cpp
int counter;    // definition

// file2.cpp
extern int counter; // use counter from file1
++counter;            // increments counter defined in file1

在全局作用域里声明的const变量是定义该对象的文件的局部变量，此变量只存在于那个文件中，不能被其它文件访问。

通常头文件中不能存放变量定义，但const变量是一个例外，当我们在头文件中定义了const变量后，每个包含该头文件的源文件都有了自己的const变量，其名称和值都一样。

通过指定const变量为extern，就可以在整个程序中访问const对象，例如：

// file1.cpp
extern const int counter = 0;    // definition

// file2.cpp
extern const int counter;      // use counter from file1

总结：

1、非const变量默认为extern。

2、要使const变量能够在其它的文件中访问，必须显式地指定它为extern。

const修饰引用

引用（reference）就是对象的另一个名字，在实际应用中，引用主要用作函数的形参。

引用必须用与该引用同类型的对象初始化：

int i = 42; 
int &r1 = i;     // ok 
int &r2;        // error: a reference must be initialized
int &r3 = 10;   // error: initialize must be an object

当引用初始化后，不能将其再绑定到另一个对象上：

int i = 42; 
int j = 37;
int &r1 = i;     // ok 
r1 = j;     // i=37

const引用是指向const对象的引用，

const int i = 42;
const int &r1 = i;     // ok 
int &r2 = i;     // error: nonconst reference to a const object

上面的例子中，可以读取但不能修改r1，因此，任何对r1的赋值都是不合法的。

同理，用i初始化r2也是不合法的，r2是普通的非const引用，不能指向const对象。

const 引用可以初始化为不同类型的对象或者初始化为右值，如字面值常量：

int i = 42; 
const int &r1 = i;
const int &r2 = 42; 
const int &r3 = r2 + i; // 84

const引用绑定到不同但相关类型的对象上是合法的，如下：

double i = 42.1;
const int &r1 = i;     // ok, r1=42
int &r2 = i;     // error

这是因为const引用是只读的，编译器会自动创建一个临时变量，然后将const引用绑定到这个临时变量上：

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

总结：

1、普通非const引用只能绑定到与该引用同类型的对象；

2、const引用则可以绑定到不同但相关的类型的对象，或绑定到右值；

const修饰指针

1、const指针

前面提到，const对象在定义的同时必须初始化，const指针也遵循这一规则。

作为常量，const指针的值不能被修改，这就意味着const指针初始化以后不能再指向其它对象，任何试图给const指针赋值的行为都会导致编译错误。

int i = 42;
int j = 42;
int* const p1 = &i;     // ok 
int* const p2;     // error, uninitialzed const
p1 = &j;     // error, assignment of read-only variable

const指针本身虽不能修改，但却可以通过它修改所指向的对象的值，

int i = 42;
int* const p1 = &i;     // ok 
*p1 = 37;       // i=37

2、指向const对象的指针

如果指针指向const对象，则不允许用指针来改变其所指的const值，为了保证这个特性，C++强制要求指向const对象的指针必须具有const特性：

const int i = 42;
int* p1 = &i;           // error 
int* const p2 = &i;     // error 
const int* p3 = &i;     // ok

指向const对象的指针本身并不是const的，因此定义时可以不必进行初始化，且可以再指向其它对象；

允许把非const对象的地址赋给指向const对象的指针。

const int i = 42;
int j = 42; 
const int* p1;     // ok 
p1 = &i;        // ok
p1 = &j;        // ok
*p1 = 37;       // error

但不允许指向const对象的指针修改其所指向的值，如上例，p1指向非const变量j，但仍不允许通过p1修改变量j。

3、指向const对象的const指针

int j = 42;
const int* const p1 = &j;

这里，既不能修改p1所指向的对象的值，也不允许修改该指针的指向（即p1中存放的地址值）。

4、const和typedef

typedef int *pint;
pint const pt;        // 该语句相当于int *const pt，
const pint pt;    　　//该语句还是相当于int *const pt，而非const int *pt

如上面的例子，把const放在类型pint之前，容易引起对所定义的真正类的误解，要特别注意。

总结：

1、const指针，const修饰的是指针；

2、指向const对象的指针，const修饰的是指针所指向对象的类型；

const修饰迭代器

标准库为每一种标准容器（如vector）定义了一种迭代器类型，迭代器是一种检查容器内元素并遍历元素的数据类型。

例如：

vector<int>::iterator iter = vec.begin();

for (; iter!=vec.end(); ++iter) {
    cout<< *iter << endl;
}

1、const迭代器

声明一个const迭代器时，必须初始化迭代器，一旦被初始化后，就不能改变它的值，但可以改变它所指向的元素的值：

vector<int> vec(10);
const vector<int>::iterator iter1 = vec.begin();
*iter1 = 1; // ok
iter1++;    // error

2、指向const的迭代器（const_iterator）

每种容器类型还定义了一种名为const_iterator的类型，该类型只能用于读取容器内元素，但不能改变其值。

对const_iterator类型解引用时，返回的是一个const值，不允许用const_iterator进行赋值，例如：

const vector<int>::iterator iter1 = vec.begin();
vector<int>::const_iterator iter2 = vec.begin();

*iter1 += 10;   // ok
*iter2 += 10;   // error

对const_iterator迭代器，它自身的值可以改变（即指向不同的元素），但不能用来改变其所指向的元素的值。

const_iterator迭代器可以用来指向一个const的vector对象，而const迭代器对象不被允许，因为它可能改变所指向元素的值，而这个元素是只读的。

const vector<int> vec(10);
const vector<int>::iterator iter1 = vec.begin();    // error
vector<int>::const_iterator iter2 = vec.begin();    // ok

const修饰类

1、const数据成员

构造函数分为两个阶段执行：a) 初始化阶段，在初始化列表中完成；b) 普通的计算阶段，在构造函数函数体中完成。

在构造函数初始化列表中没有显式提及的每个成员，使用与初始化变量相同的规则来进行初始化：对于类类型数据成员，运行其默认构造函数完成初始化；内置或者复合类型的成员的初始值依赖于对象的作用域：在局部作用域中这些成员不被初始化，而在全局作用域中它们被初始化为0.

没有默认构造函数的类类型成员，以及const或引用类型的成员，必须在构造函数初始化列表中进行初始化。

class T { 
    public:
        T(int k); 

    private:
        int i;
        const int ci; 
        int &ri;
};


// no explicit constructor initializer
T::T(int k)
{
    i = k;  // ok
    ci = k; // error: cannot assign to a const
    ri = i; // error: unitialized
}

// ok, explicit initialze reference and const members
T::T(int k):i(k),ci(k),ri(i) {}

2、const函数成员

在类定义中，既可以定义const数据成员，也可以定义const函数成员。

在定义const成员函数时：

1、const关键字必须同时出现在声明和定义中，若只出现在一处，会出现编译错误；

2、const成员函数不能改变其所操作对象的数据成员（mutable成员除外）；

3、构造函数不能为const，创建类类型的const对象时，运行一个普通构造函数来初始化该const对象即可。

例如：

class Sale_item {
    public:
        double avg_price() const;
        bool same_isbn(const Sale_item &rhs) const {return isbn == rhs.isbn;}

    private:
        string isbn;
        unsigned units_sold;
        double revenue;
};

double Sale_item::avg_price() const
{
    if (units_sold) 
        return revenue / units_sold;
    else
        return 0;
}

我们知道，对于非static成员函数，都有一个隐含的this参数，this指针与调用成员函数的对象绑定在一起：

1、对于非const成员函数，this是一个指向类类型的const指针，可以改变this所指向的值，但不能改变this所保存的地址；

2、对于const成员函数，this是一个指向const类类型的const指针，既不能改变this所指向的值，也不能改变this所保存的地址；

3、不能从const成员函数返回指向类对象的普通引用，const成员函数只能返回*this作为一个const引用。

基于成员函数是否为const，可以重载一个成员函数；同样地，基于一个指针形参是否指向const，可以重载一个成员函数。

const对象只能使用const成员，非const对象可以使用任一成员，但非const版本是一个更好的匹配。

class Screen {
    public:
        Screen():contents("hello\n"){}                                 

        Screen& display(ostream &os) 
            { os<<"non const:\t"<<contents; return *this;}

        const Screen& display(ostream &os) const 
            { os<<"const:\t"<<contents; return *this;}

    private:
        string contents;
};


int main()
{
    Screen s1; 
    const Screen s2; 
        
    s1.display(cout);   // non const version
    s2.display(cout);   // const version
}

3、可变数据成员（mutable）

可变数据成员永远都不能为const，即使它是const对象的成员时也如此。因此，const成员函数可以改变mutable成员。

class T {
    public:
        T():len(0){}

        void increment() const
            { len++; cout<<len<<endl;}
        
    private:
        mutable int len;
};


int main()
{
    const T t;
    t.increment();  // len = 1
    t.increment();  // len = 2
}