Effective C++ 之 Item 3：尽可能使用 const
Effective C++
Chapter 1. 让自己习惯C++（Accustoming Yourself to C++）
Item 3. 尽可能使用 const （Use const whenever possible）
1. const 与语义约束
const 允许指定一个语义约束（也就是指定一个“不该被改动”的对象），而编译器强制实施这项约束。它可以在 classes 外部修饰 global 或 namespace（见 Item2）作用域中的常量，或修饰文件、函数、或区块作用域（block scope）中被声明为 static 的对象。还可以修饰 classes 内部的 static 和 non-static 成员变量。面对指针，可以指出指针自身、指针所指物，或两者都（或都不）是 const：
char greeting[] = "hello"; char* p = greeting; // non-const pointer, non-const data 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
const 语法变化多端,但并不高深莫测。 如果关键字 const 出现在星号左边，表示被指物是常量；如果出现在星号右边，表示指针本身是常量；如果出现在星号两边，表示被指物和指针两者都是常量。
注意：如果被指物是常量,关键字 const 写在类型之前,与关键字写在类型之后/星号之前,两者写法的意义相同.即下列两个函数接受的参数类型是一样的:
void f1(const Widget* pw); // f1 获得一个指针，指向一个常量的（不变的）Widget 对象 void f2(Widget const * pw); // f2 也是
2. const 与 STL 迭代器
STL 迭代器是以指针为根据塑模出来的，所以迭代器的作用就像个 T* 指针。声明迭代器为 const 就像声明指针为 const 一样（即声明一个 T* const 指针），表示迭代器不得指向不同的东西，但它所指东西的值是可以改动的。如果希望迭代器所指的东西不可被改动（即希望 STL 模拟一个 const T* 指针），你需要的是 const_iterator：
std::vector<int> vec; ... const std::vector<int>::iterator iter = vec.begin(); // iter 的作用像个 T* const *iter = 10; // 没问题，改变 iter 所指物 ++iter; // 错误！ iter 是 const std::vector<int>::const_iterator cIter = vec.begin(); // cIter 的作用像个 const T* *cIter = 10; // 错误！ *cIter 是 const ++cIter; // 没问题，改变 cIter
3. const 与函数声明
const 最具威力的用法是面对函数声明时的应用。在一个函数声明式内， const 可以和函数返回值、各参数、函数自身（如果是成员函数）产生关联。令函数返回一个常量值，往往可以降低因客户错误而造成的意外，而又不至于放弃安全性和高效性。如有理数的 operator* 声明式：
class Rational { ... }; const Rational operator* (const Rational& lhs, const Rational& rhs);
返回一个 const 对象可以避免出现这样的行为:
Rational a, b, c; ... (a * b) = c; //在 a * b 的成果上调用 operator=
这种情况可能由打字错误（以及一个可被隐式转换为 bool 的类型）发生，却不易被发现：
if (a * b = c) ... //其实是想做一个比较动作
至于 const 参数，它们不过像 local const 对象一样，应该在必要使用它们的时候使用它们。除非有需要改动参数或 local 对象，否则请将它们声明为 const 。
4. const 与成员函数
将 const 实施于成员函数的目的，是为了确认该成员函数可作用于 const 对象身上。这一类成员函数之所以重要，基于两个理由：
- 它们使 class 借口比较容易被理解。因为得知哪个函数可以改动对象内容而哪个函数不行很重要。
- 它们使“操作 const 对象”成为可能。这对编写高效代码很关键，因为改善 C++ 程序效率的一个根本办法是以 pass by reference-to-const 方式传递对象，而此技术可行的前提是有 const 成员函数可用来处理取得（并经修饰而成）的 const 对象。
两个成员函数如果只是常量性（constness）不同，可以被重载，这是一个重要的 C++ 特性。
class TextBlock { public: ... const char& operator[] (std::size_t position) const // operator[] for const 对象 { return text[position]; } char& operator[] (std::size_t position) // operator[] for non-const 对象 { return text[position]; } private: std::string text; };
TextBlock 的 operator[]s 可以这么使用:
TextBlock tb("Hello"); std::cout << tb[0]; // 调用 non-const TextBlock::operator[] const TextBlock ctb("World"); std::cout << ctb[0]; // 调用 const TextBlock::operator[]
真实程序中 const 对象大多用于 passed by pointer-to-const 或 passed by reference-to-const 的传递结果。上述的 ctb 太过造作，下面这个比较真实：
void print(const TextBlock& ctb) //此函数中 ctb 是 const { std::cout << ctb[0]; //调用 const TextBlock::operator[] ... }
只要重载 operator[] 并对不同的版本给予不同的返回类型,就可以令 const 和 non-const TextBlock 获得不同的处理:
std::cout << tb[0]; //没问题，读一个 non-const TextBlock tb[0] = 'x'; //没问题，写一个 non-const TextBlock std::cout << ctb[0]; //没问题，读一个 const TextBlock ctb[0] = 'x'; //错误!! 写一个 const TextBlock, operator[]调用动作没问题,错在为函数返回的 const char& 进行赋值
注意 non-const operator[] 的返回类型是个 reference to char, 不是 char。如果 operator[] 只是返回一个 char,下面的句子就无法通过编译:
tb[0] = 'x';
成员函数如果是 const 意味着什么？有两个流行概念：bitwise constness（又称 physical constness）和（logical constness）。
bitwise const 阵营的人认为成员函数只有在不更改对象之任何成员变量（static 除外）时才可以说是 const 。也就是说它不更改对象内的任何一个bit。这种论点的好处是很容易侦测违反点：编译器只需寻找成员变量的赋值动作即可。bitwise constness 正是 C++ 对常量性（constness）的定义，因此 const 成员函数不可以更改对象内任何 non-static 成员变量。
但许多成员函数虽然不十足具备 const 性质却能通过 bitwise 测试。更具体地说，一个更改了”指针所指物“的成员函数虽然不能算是 const，但如果只有指针（而非其所指物）隶属于对象，那么称此函数为 bitwise const 不会引发编译器异议。这导致反直观结果。
class CTextBlock { public: ... char& operator[](std::size_t position) const // bitwise const 声明，但其实不适当 { return pText[position]; } private: char* pText; };
这个 class 不适当地将其 operator[] 声明为 const 成员函数,而该函数却返回一个 reference 指向对象内部值(详见 Item 28) 。假设暂时不管这个事实, operator[] 实现代码并不更改 pText, 它是 bitwise const, 编译器为 operator[] 产出目标码，但是:
const CTextBlock cctb("hello"); //声明一个常量对象 char* pc = &cctb[0]; //调用 const operator[] 取得一个指针，指向 cctb 的数据 *pc = 'J'; //cctb 现在有了 "Jello" 这样的内容
此处你创建一个常量对象并设以某值，而且只对它调用 const 成员函数。但你终究还是改变了它的值。
这种情况导出所谓的 logical constness 。这一派主张一个 const 成员函数可以修改它所处的对象内的某些 bits，但只有在客户端侦测不出的情况下得如此。例如 CTextBlock class 有可能告诉缓存（cache）文本区块的长度以便应付询问：
class CTextBlock { public: ... std::size_t length() const; private: char* pText; std::size_t textLength; //最近一次计算的文本区块长度 bool lengthIsValid; //目前的长度是否有效 }; std::size_t CTextBlock::length() const { if (!lengthIsValid) { textLength = std::strlen(pText); //错误！在 const 成员函数内不能赋值给 textLength 和 lengthIdValid。 lengthIsVaild = true; } return textLength; }
length 的实现不是 bitwise const，因为 textLength 和 lengthIsValid 都可能被修改。这两笔数据被修改对 const CTextBlock 对象而言虽然可接受，但编译器不同意，它们坚持 bitwise constness。解决之道是利用 C++ 的一个与 const 相关的摆动场：mutable（可变的）。mutable 释放掉 non-static 成员变量的 bitwise constness 约束：
class CTextBlock { public: ... std::size_t length() const; private: char* pText; mutable std::size_t textLength; //这些成员变量可能总是会被修改，即使在 const 成员函数内。 mutable bool lengthIsValid; }; std::size_t CTextBlock::length() const { if (!lengthIsValid) { textLength = std::strlen(pText); //现在可以这样。 lengthIsVaild = true; //也可以这样。 } return textLength; }
在 const 和 non-const 成员函数中重复了一些代码，所以最佳的方式是实现 operator[] 的机能一次并使用它两次。也就是说，必须令其中一个调用另一个。这促使我们将常量性转除（casting sway constness） 。
例子中 const operator[] 完全做掉了 non-const 版本该做的一切，唯一的不同是其返回类型多了一个 const 资格修饰。这种情况下如果将返回值的 const 转除是安全的，因为不论谁调用 non-const operator[] 都一定先有个 non-const 对象，否则就不能够调用 non-const 函数。所以令 non-const operator[] 调用其 const 兄弟是一个避免代码重复的安全做法 —— 即使过程中需要一个转型动作。
class TextBlock { public: ... const char& operator[](std::size_t position) const { ... //边界检验（bounds checking） ... //志记数据访问（log access data） ... //检验数据完整性（verify data integrity） return text[position]; } char& operator[](std::size_t position) //现在只调用 const op[] { return const_cast<char&>( static_cast<const TextBlock&>(*this)[position] ); //将 op[] 返回值的 const 转除为 *this 加上 const
//调用 const op[] } ... };
这份代码有两个转型动作，而不是一个，我们打算让 non-const operator[] 调用其 const 兄弟，但 non-const operator[] 内部若只是单纯调用 operator[] ，会递归调用自己。为了避免无穷递归，我们必须明确指出调用的是 const operator[] ，但 C++ 缺乏直接的语法可以这么做，因此这里将 *this 从其原型 TextBlock& 转型为 const TextBlock& 。所以这里有两次转型：
- 第一次用来为 *this 添加 const（这使接下来调用 operator[] 时得以调用 const 版本）；
- 第二次则是从 const operator[] 的返回值中移除 const 。
添加 const 的那一次转型强迫进行了一次安全转型（将 non-const 对象转为 const 对象），所以我们使用 static_cast 。移除 const 的那个动作只可以借由 const_cast 完成，没有其他选择。
更值得了解的是反向做法 —— 令 const 版本调用 non-const 版本以避免重复 —— 并不是你该做的事。记住， const 成员函数承诺绝不改变其对象的逻辑状态（logical state）， non-const 成员函数却没有这般承诺。如果在 const 函数内调用 non-const 函数，就是冒了这样的风险：你曾经承诺不改动的那个对象被改动了。
const 是个奇妙且非比寻常的东西。在指针和迭代器身上；在指针、迭代器及 reference 指涉的对象身上；在函数参数和返回类型身上；在 local 变量身上；在成员函数身上；······。尽可能使用它。
请记住：
- 将某些东西声明为 const 可帮助编译器侦测出错误用法。 const 可被施加于任何作用域内的对象、函数参数、函数返回类型、成员函数本体。
- 编译器强制实施 bitwise constness，但你编写程序时应该使用”概念上的常量性“（conceptual constness）。
- 当 const 和 non-const 成员函数有着实质等价的实现时，令 non-const 版本调用 const 版本可以避免代码重复。
