深入理解 `const` 的使用

1. const 的常见用途

const 的用途非常广泛，你可以在各种上下文中使用它。在类的外部，它可以用于声明全局或命名空间范围的常量，也可以用于文件、函数或块范围内的静态对象。在类的内部，const 可以应用于静态和非静态数据成员。
举例来说：

char greeting[] = "Hello";

const char *p = greeting;     // non-const pointer, const data
char * const p = greeting;    // const pointer, non-const data
const char * const p = greeting;  // const pointer, const data

当 const 出现在星号左边，表示指针指向的内容是常量；当 const 出现在星号右边，则表示指针自身是常量。如果 const 出现在星号两边，则两者都是常量。

2. const 在函数中的应用

const 在函数声明中的应用尤为强大。它不仅可以用于函数的返回值和参数，还可以用于成员函数本身。通过在函数中使用 const，你可以明确表示哪些值是不可变的，从而避免潜在的错误。

例如，考虑以下有理数乘法操作符的声明：

class Rational { ... };

const Rational operator*(const Rational& lhs, const Rational& rhs);

将 operator* 的返回值声明为 const 可以防止对乘积结果的错误赋值操作：

if (a * b = c)  // 编译器会阻止这种非法操作

此外，在成员函数中使用 const 也是一种良好的实践，特别是在函数不修改类成员变量时：

class TextBlock {
public:
  const char& operator[](std::size_t position) const;
  char& operator[](std::size_t position);
private:
  std::string text;
};

在上述代码中，operator[] 被重载了两次，以适应 const 和非 const 的 TextBlock 对象。

3. 位常量性 vs 逻辑常量性

C++ 中的 const 定义基于位常量性，即 const 成员函数不能修改对象的任何非静态数据成员。然而，这种定义可能不足以表达某些情况下的需求。例如，一个函数可能需要在不改变对象状态的情况下，更新缓存数据或其他辅助信息。

这种情况下，可以使用 mutable 关键字，它允许在 const 成员函数中修改指定的数据成员：

class CTextBlock {
public:
  std::size_t length() const;
private:
  char *pText;
  mutable std::size_t textLength;  
  mutable bool lengthIsValid;     
};

std::size_t CTextBlock::length() const {
  if (!lengthIsValid) {
    textLength = std::strlen(pText);  
    lengthIsValid = true;            
  }
  return textLength;
}

通过使用 mutable，即使在 const 成员函数中，也能合法地修改 textLength 和 lengthIsValid。

4. 避免 const 和非 const 成员函数的重复

如果一个类既有 const 又有非 const 的成员函数实现相同的功能，通常会导致代码重复。通过让非 const 成员函数调用 const 版本，我们可以避免这种重复：

class TextBlock {
public:
  const char& operator[](std::size_t position) const;
  char& operator[](std::size_t position) {
    return const_cast<char&>(static_cast<const TextBlock&>(*this)[position]);
  }
};

这种方法确保了代码的复用性，同时避免了不必要的重复。然而，需要注意的是，const_cast 和 static_cast 的使用应谨慎，确保它们的安全性和正确性。

结论

const 是 C++ 中一个非常有力的工具。它不仅有助于防止错误，还能提高代码的可读性和可维护性。在编写 C++ 代码时，应尽量在合适的地方使用 const，以充分发挥其优势。通过对 const 的深入理解和合理使用，你将能够编写出更加健壮、可靠的代码。