C/C++中的const

1 C中的const

C中const修饰的变量是只读变量，在使用const关键字声明定义变量时会给该变量分配内存空间。

const修饰的全局变量默认是外部链接的，即其它源文件可以直接使用该变量。

const修饰的局部变量存储在栈区中，不能通过变量名直接修改该变量的值，但是可以通过指针的方式修改该变量对应的值，从某种意义上来说，C中const修饰的变量不是真正意义上的常量，可以将其当作一种只读变量。

C中const示例：

// fun.c
// c中const修饰的全局变量默认是外部链接的
const int num = 100;  // a的本质是只读的变量，存放在文字常量区（内存空间只读）

// main.c
#include <stdio.h>

// 对fun.c中的a进行声明（不要赋值）
extern const int num;

void test()
{
    printf("num = %d\n", num);
    // num = 200;  // error: assignment of read-only variable 'num'
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    test();
    return 0;
}

#include <stdio.h>

void test()
{
    const int data = 200;  // 局部只读变量，通过指针的形式修改data变量的值
    printf("data = %d\n", data);  // 200

    int* p = (int*)&data;
    *p = 300;
    printf("data = %d\n", data);  // 300
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    test();
    return 0;
}

总结：

• const修饰全局变量时，该变量存储在文字常量区（只读），不能通过指针的方式修改其内容

• const修饰局部变量是，该变量存储在栈区中（可读可写），通过指针的方式可以修改其内同

2 C++中的const

C++中const修饰的变量不需要创建内存空间，比如定义常量const int data = 10;，C++会在一张符号表中添加name为data，value为10的一条记录，如下图所示：

既然，const修饰的变量没有内存空间，所以在C++中const修饰的变量才是真正意义上的常量。

C++中定义声明的全局常量是内部链接的，只能作用于当前的整个文件中，如果想让其它源文件对该常量进行访问的，必须加extern关键字将该常量转换成外部链接。

在C++中，是否为const常量分配内存空间依赖于如何使用，以下情况会对常量进行内存空间的分配：

• 对const常量取地址时
• 使用变量的形式初始化const修饰的变量时
• const修饰自定义数据类型（结构体、对象）时

C++中const示例：

// fun.c
// const修饰的全局变量，默认时内部链接，不能直接被其它源文件使用
//const int num = 100;

// 可以通过将num转换成外部链接的方式，供其它源文件对num的访问
extern const int num = 100;

// main.c
#include <iostream>
using namespace std;

extern const int num;

struct Person{
    int num;
    char name[32];
};

void test()
{
    cout << "全局num = " << num << endl;  // error: undefined reference to `num'

    // 1. c++中对const修饰的基础类型的变量不会开辟内存空间，只是将其放到符号表中
    const int data = 100;
    // data = 200; // error: 只读
    cout << "data = " << data << endl;

    // 2. 对data取地址时，系统会给data开辟空间
    int* p = (int*)&data;
    *p = 2000;
    cout << "*p = " << *p << endl;  // 2000

    cout << "data = " << data << endl; // 100

    // 3. 通过变量的形式初始化 const修饰的变量，系统会为其开辟空间
    int a = 200;
    const int b = a;  // 系统直接为b开辟空间，不会把b放入到符号表中
    p = (int*)&b;
    *p = 3000;
    cout << "*p = " << *p << endl;  // 3000
    cout << "b = " << b << endl;  // 3000

    // 4. const修饰自定义类型的变量，系统会分配空间
    const Person per = { 100, "viktor" };
    // p1.num = 1000;  // error
    cout << "num = " << per.num << ", name = " << per.name << endl;  // 100, viktor

    Person* p1 = (Person*)&per;
    p1->num = 2000;
    cout << "num = " << per.num << ", name = " << per.name << endl;  // 2000, viktor
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    test();
    return 0;
}

总结：

• C++中，使用const定义声明变量时，该变量会先放入到符号表中，不会开辟内存空间；
• const修饰的全局变量默认是内部链接的；
• 对const修饰的变量进行取地址操作，系统会对该变量开辟空间；
• 使用其它的变量对const修饰的变量进行初始化时，系统会对该变量开辟空间；
• const修饰自定义的数据类型，系统为自定义数据开辟空间。

3 C/C++中const异同总结

3.1 const修饰全局变量

全局变量存储在只读的文字常量区，所以C/C++中const修饰的全局变量都不可以更改变量对应的内容。

C中const修饰的全局变量默认是外部链接的，而C++中默认的是内部链接，如果想使得其变为外部链接可以在const修饰的全局变量前加extern关键字。

3.2 const修饰局部变量

const在修饰基础数据类型的局部变量时，在C中会给该变量在栈中开辟内存空间，可以通过指针的方式修改变量的内容；而C++对于const修饰基础类型的变量是在符号表中添加一条记录，不会在栈中开辟空间，所以不能通过指针的方式修改变量的值。

C++中对const修饰的局部变量是在如何使用的情况下才分配内存，如果对const修饰基础数据类型的局部变量进行取地址操作，会对变量分配内存；使用一个变量初始化const变量时会分配内存；const修饰的自定义数据类型（结构体、对象）会分配内存。

4 const和#define

在旧版本C中，如果想创建一个常量，必须使用预处理器#define MAX 1024;。使用宏定义的MAX对于编译器来说不知其的存在，因为在程序预处理的过程中，所有的MAX已经被替换为1024，于是MAX并没有将其加入到符号表中。

如果使用这个常量获得一个编译错误信息时，可能会带来一些困扰，因为这个信息可能会提到1024，但是并没有提到MAX。

此外MAX如果被定义在另外一个头文件中，当前可能并不知道1024代表什么，也许解决这个问题要花很长时间。解决办法就是用一个常量替换上面的宏。

const和#define的区别：

• const有类型，可进行编译器类型安全检查。#define无类型，不能进行类型检查

示例：

// 宏没有类型，const有
#define MAX 1024
const short my_max = 1024;

void func(short i)
{
    cout << "short函数" << endl;
}

void func(int i)
{
    cout << "int函数" << endl;
}

void test()
{
	func(MAX);  // int函数
    
    func(my_max);  // short函数
}

• const有作用域，而#define不重视作用域，默认定义出到文件结尾。如果定义在指定作用域下有效的常量，那么#define就不适用

示例：

// 宏的作用域是当前的整个文件，const的作用域以定义的情况决定
void my_func(void)
{
	// 作用范围是当前复合语句
    const int my_num = 10;
    
    // 作用范围是当前位置到文件结束
    #define MY_NUM 10
}

void test()
{
    // cout << "my_num = " << my_num << endl;  // err 不识别
    cout << "MY_NUM = " << MY_NUM << endl;  // ok
}

• const可以作为命名空间的成员，而如果将宏作为命名空间的成员，失去了命名空间的意义，因为宏作用于当前的文件，而不是只属于某个命名空间的

5 总结

const由C++采用，并加进标准C中，尽管它们很不一样，在C中，编译器对待const如同对待变量一样，只不过带有一个特殊的标记，意识是”你不能改变我“。在C++中定义const时，编译器为它创建空间，所以如果两个不同文件定义多个同名的const，链接器将发生链接错误。简而言之，const在C++中用的更好。

在C++中尽量使用const来替换宏定义，避免不必要的麻烦。

另外在C++中可以使用变量定义数组。对于C，在支持C99标准的编译器中，可以使用变量定义数组。

示例：

#include <iostream>
using namespace std;

void test()
{
    int a = 10;
    int arr[a];
    int i = 0;
    for(; i < 10; i++)
        arr[i] = i;
    i = 0;
    for(; i < 10; i++)
        cout << arr[i] << " ";
    cout << endl;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    test();
    return 0;
}