[原创] 基础中的基础（二）：C/C++ 中 const 修饰符用法总结

　　在这篇文章中，我总结了一些C/C++语言中的 const 修饰符的常见用法，供大家参考。 const 的用法，也是技术性面试中常见的基础问题，希望能够帮大家梳理一下知识，给大家一点点帮助。作者是菜鸟一枚，难免出错，还望各位大牛不吝赐教。

　　首先，来看看const的基本含义。在 C/C++ 语言中，const关键字是一种修饰符。所谓“修饰符”，就是在编译器进行编译的过程中，给编译器一些“要求”或“提示”，但修饰符本身，并不产生任何实际代码。就 const 修饰符而言，它用来告诉编译器，被修饰的这些东西，具有“只读”的特点。在编译的过程中，一旦我们的代码试图去改变这些东西，编译器就应该给出错误提示。

　　所以，const修饰符的作用主要是利用编译器帮助我们检查自己代码的正确性。我们使用const在源码中标示出“不应该改变”的地方，然后利用编译器，帮助我们检查这些地方是否真的没有被改变过。如果我们不小心去修改了这些地方，编译器就会报错，从而帮助我们纠正错误。使用const和不使用const，对于最终编译产生的代码并没有影响。

　　虽然const对于最终代码没有影响，但是尽可能使用const，将帮助我们避免很多错误，提高程序正确率。

 

　　在C/C++中，常见 const 用法有以下几种：

 

一、const 变量

　　const 变量指的是，此变量的值是只读的，不应该被改变。

• 如果我们在程序中试图修改 const 变量的值，在编译的时候，编译器将给出错误提示。
• 正因为 const 变量的值在给定以后不能改变，所以 const 变量必须被初始化。（如果不初始化，之后还怎么赋值呢？）如果我们不初始化 const 变量，编译时也会有错误提示。

const int debugLevel = 10;
const int logLevel;                // 编译错误：未初始化const变量（这个错误是否提示，和所用的编译器有关）

debugLevel = 5;                    // 编译错误：给只读变量赋值

 

　　在C++中，const 全局变量被用来替换一般常量宏定义。因为虽然 const 变量的值不能改变，但是依然是变量，使用时依然会进行类型检查，要比宏定义的直接替换方法更严格一些（下文还会讨论这个问题）。

　　结构体变量也是一种变量，const 结构体变量是什么含义呢？

 

struct debugInfo
{
    int debugLevel;
    int line;
};

int main( int argc, char *argv[])
{
    const struct debugInfo debug_const1;  // 编译错误：未初始化只读变量（与编译器实现有关）
    
    struct debugInfo debug_not_const;

    debug_not_const.debugLevel = 10;
    debug_not_const.line = 5;

    const struct debugInfo debug_const2 = debug_not_const;

    debug_const2.debugLevel = 10;  // 编译错误：不允许修改只读变量
    debug_const2.line = 2;         // 编译错误：不允许修改只读变量

    return 0;
}

 

　　在C中，const 结构体变量表示结构体中任何数据域均不允许改变，且需要另一个结构体变量进行初始化。在C++中，struct与class除了默认访问权限之外，并无本质区别。在下一节进行讨论。

 

二、const 类对象

 　　const类对象指的是，此类对象不应该被改变。

• const 类对象与 const 变量并无实质不同，只在于类对象的 “改变” 定义。
• 类对象的 “改变” 定义：改变任何成员变量的值，调用任何非const成员函数

class CDebugModule
{
    public:
        CDebugModule() {};
        ~CDebugModule() {};
    public:
        int m_debugLevel;

    public:
        void SetDebugLevel(int debugLevel) { m_debugLevel = debugLevel;};
        void PrintDebugLevel(void) { cout << m_debugLevel;};
        void PrintDebugLevel_const(void) const { cout << m_debugLevel;};   // const 类成员函数
};

int main( int argc, char *argv[])
{
    const CDebugModule debug;

    debug.m_debugLevel = 10;       // 编译出错：不能直接改变成员变量
    debug.SetDebugLevel(20);       // 编译出错：不能通过成员函数改变成员变量
    debug.PrintDebugLevel();       // 编译出错：不能调用非 const 成员函数
    debug.PrintDebugLevel_const(); // 正常

    return 0;
}

　　不能改变 const 类对象的任何成员变量，这一点比较好理解，因为 const 本身就带有不可改变变量取值（内部状态）的含义。为何const 类成员不能调用非const成员函数呢？我们将在 第九节“const 成员函数” 进行探讨。在C++中，struct和class没有明显差别，不再赘述。

 

三、指向 const 变量的指针

　　指向 const 变量的指针，指的是一个指针，其中保存着一个 const 变量的地址。

• 由于指针指向一个 const 变量，所以通过指针，不能修改这个 const 变量的值。
• 虽然指针指向的值不能改变，但是指针的指向可以改变。

const int debugLevel = 10;
const int logLevel = 10;

const int *p = &debugLevel;
p = &logLevel;    // 正常，指针的指向可以改变

*p = 10;          // 编译错误，指针指向的位置是只读的

　　

　　在 *p = 10， 这一句，编译器是通过“指针的类型”（const int *）还是通过其“指向变量的类型”（const int ）来判断只读的呢？我们可以通过下面这个小程序来求证一下：

const int debugLevel = 10;        // const 变量
int logLevel = 10;                // 普通变量

const int *p;
int *q;

p = &logLevel;                    // 我们让指向 const 变量的指针指向一个普通变量
q = (int*)&debugLevel;            // 让指向普通变量的指针，指向一个 const 变量

*q = 5;  // 编译正常
*p = 5;  // 编译出错：位置为只读

　　通过10、11行程序的编译结果，我们可以看出，如果指针的类型为“指向const变量的指针”，即使其指向的内容是非const变量，也无法通过这个指针改变数据内容。反之，如果指针的类型是“指向非const变量的指针”，即使指向的是const变量，也可以通过这个指针改变const变量的内容（稍后讨论这一点）。所以，编译器是通过 “指针的类型” 来判断是否只读的。

　　说到这点，我觉得可以这么解释。因为我们没有使用面向对象编程，也就不具备动态判断对象具体类型的能力。所以，编译器只能够静态地判断对象的类型。这样，编译器就只能识别出指针的类型，而不清楚指针指向的内容的具体类型了。当然也就只能通过指针类型来判断内容是否只读了。

　　在上面，我们通过指针，“改变”了const变量的内容，如果我们在上边的程序中添加上输出，会是什么结果？

12 printf("debugLevel = %d\n", debugLevel);
13 printf("*q = %d\n", *q);

14 printf("debugLevel address = %x\n", &debugLevel);
15 printf("q = %x\n", q);

 　　从上边的说明，我们可以想象，debugLevel的值，被我们通过指针改变了，所以输出应该是：

debugLevel = 5
*q = 5
debugLevel address = 0xbfaff718
q = 0xbfaff718

　　但是，事实上，这个结果是不确定的！跟您所用的编译器和优化级别有关。我在g++ 4.1.2上，编译运行得出了以下结果：

 

debugLevel = 10                     // 直接打印可以发现，const 变量的值未改变 ！
*q = 5                              // 通过指针访问，发现 const 变量的值改变了！
debugLevel address = 0xa6a65318
q = 0xa6a65318                      // 指针的指向并没有错误

 　　乍一看，好像同一个地址的东西，采用变量名访问和采用指针访问，得到的结果竟然不一样。其实，之所以产生这种结果，是由于在编译器变异的过程中，对 const 变量的访问进行了优化。编译器将 const 变量直接替换为对应的内容。也就是说，在编译的过程中 :

printf("debugLevel = %d\n", debugLevel);

 这个语句，被直接替换成了：

printf("debugLevel = %d\n", 10);

 所以，才产生了上边的现象。当然，这种替换不一定会发生，跟编译器和优化等级相关。

　　上文已经提到了，C++建议使用 const 全局变量来替换一般常量的宏定义。通过这个例子可以看出，使用 const 全局变量之后，由于编译器会替换其为具体内容，所以在程序实际运行中，并不会产生一次变量访问，也就使得 const 全局变量和宏定义具有相同的执行效率。同时，使用 const 全局变量，可以让编译器帮助我们进行变量类型检查，提高正确率。

 

　　指针也是变量的一种，所以自然有 const 类型指针。

 

四、const 指针

　　const指针指的是，一个指针本身经过 const 修饰，自身内容（指针指向）不应该发生改变。

• 指针的指向一经确定，不能改变。指针指向的内容，可以改变。

int logLevel = 10;
int logId = 0;

int * const p = &logLevel;
int * const q;               // 编译错误，未初始化 const 变量（这个错误是否报告，和所用的编译器有关）

*p = 5;                     // 正常，const指针指向内容可以改变
p = &logId                  // 编译错误，const指针自身内容（指向）不能改变

　　指针也是一种变量，只不过其内容保存的是地址而已。所以const指针的内容不能改变，也即是它的指向不能改变。

　　const指针和指向const变量的指针，在写法上容易使人混淆。给大家介绍一种我自己用着比较顺手的区分方法：从右向左，依次结合，const就近结合。

　　比如，int * const p 可以这样进行解读：

　　1、int * ( const p )：变量p 经过 const 修饰，为只读变量。

　　2、int (* (const p))：（const p 现在作为一个整体） 只读变量p是一个指针。

　　3、(int (* (const p)))：（同样的 * const p 作为一个整体） 这个只读的指针p，指向一个int型变量。

　　于是，可以区分出 int * const p 是一个指向 int 型的const指针。

 

　　再比如，const int * p 可以这样解读：

　　1、const int (* p)：变量p是一个指针。

　　2、（const int） (* p)：（const与就近的 int 结合）这个指针指向 const int 型变量。

　　所以，const int * p 是一个指向 const 整形变量的指针。

 

　　采用这个方法，相信大家可以自己分辨 int const * p的含义了。

　　值得注意的是，有的编译器对重复的 const 不会报错！所以允许像 const int const *p; 这种写法。在分析这种“错误”的写法时，只要把重复修饰的const忽略即可。

 

五、指向 const 变量的 const 指针

　　这种情况是 const 指针和 指向 const 变量的指针的结合，相信大家已经能够自己分析，不再赘述。

 

六、const 变量作为函数参数

　　在函数调用的过程中，函数的参数是建立在函数的栈上的变量。既然是变量，就可以通过 const 进行修饰。

• 将函数参数声明为 const 类型，表示对于函数来说，这个参数是一个 const 变量。也就是说，函数内部不能够改变这个参数的值。
• 将函数参数是一个指针，把它声明为 “指向 const 变量的指针” ，允许上层使用 ”指向 const 变量的指针“ 或 普通指针 作为参数，调用函数。（如果参数声明的是普通指针，则不允许使用 指向 const 变量的指针 作为参数调用）（与编译器有关）

// 接收一个int变量，并在函数内部，认为它是只读的
void OutputInt_const( const int a )
{
    a = 5;  // 编译错误：不允许修改只读变量
    printf("a = %d\n", a);
}

// 接收一个int变量，在函数内部，认为它是普通的
void OutputInt_not_const( int a )
{
    a = 5;  // 正常
    printf("a = %d\n", a);
}

// 接收一个 指向const型整形数的指针
void OutputInt_p_const( const int *a )
{
    *a = 5;  // 编译错误：
    printf("*a = %d\n", *a);
}

// 接收一个普通指针
void OutputInt_p_not_const( int *a )
{
    *a = 5;
    printf("*a = %d\n", *a);
}

// 主函数
int main( int argc, char *argv[])
{
    int logLevel = 10;
    const int debugLevel = 5;

    OutputInt_const(logLevel);              
    OutputInt_const(debugLevel);         

    OutputInt_not_const(logLevel);       
    OutputInt_not_const(debugLevel);  

    OutputInt_p_const(&logLevel);
    OutputInt_p_const(&debugLevel);

    OutputInt_p_not_const(&logLevel);
    OutputInt_p_not_const(&debugLevel);    // 编译错误：从 const int * 到 int * 转换失败（与编译器有关）

    return 0;
}

 

　　为什么对于指针参数的要求特殊？其实我们可以仔细想一下 const 在修饰参数时的作用。

　　首先，函数参数是函数内部可见的一个变量。在const 修饰函数参数时，仅仅表示此函数内部对于这个变量的限制。对于传进来的参数，在外边究竟是什么样子的，函数内部并不关心。所以，函数 void OutputInt_const( const int a ) 并不会在意传入的参数在main函数中是否是只读的。它只会在函数内部，将入参当作只读变量处理。

　　既然 const 修饰函数参数时，不会限制入参是否为只读，为什么 OutputInt_p_not_const( int *a ) 和 OutputInt_p_const( const int *a ) 的调用方式有区别呢(见44、45行)？

　　其实答案很简单，const 在此处并不是修饰函数参数的！此处的 const ，与 int * 组合，描述了参数的一种类型。OutputInt_p_const函数要求的参数是：指向只读整形的指针。所以，只要调用时传入的参数不是一个指向只读整形数的指针，就会发生类型不匹配。在示例41行的调用中，使用一个 int * 来调用 OutputInt_p_const 函数，发生类型不匹配，但是 int * 可以隐式转换为 const int *，所以此处调用可以成功。但在45行中，采用 const int * 来调用需要 int * 的 OutputInt_p_not_const 函数，发生类型不匹配， const int * 不能够隐式转换为 int *，所以此处调用失败。

　　为什么 int * 可以隐式转换为 const int *，但是反向就不可以呢？相信各位读者已经想到了。隐式转换不放宽对于变量的要求，而 const 型的变量显然比非 const 型变量要求严格，所以不能由 const int * 转为 int *。

 

七、const 返回值

　　const 型的返回值，指的是函数的返回值为一个 const 变量。

• 函数返回const返回值，主要用于函数返回const引用。

#include <string>

using namespace std;

// 返回 const 引用的函数
const string& SetVersion_const(string & versionInfo)
{
    versionInfo = "V0.0.3";
    return versionInfo;
}

// 返回普通引用的函数
string& SetVersion_not_const(string & versionInfo)
{
    versionInfo = "V0.0.3";
    return versionInfo;
}

// 主函数
int main( int argc, char *argv[])
{
    string versionInfo;

    SetVersion_const(versionInfo) = "V0.0.5";      // 编译错误，返回的引用为 const 引用，不允许修改。
 
    SetVersion_not_const(versionInfo) = "V0.0.5";  // 正常，返回的引用为普通引用，可以修改内容。
    
    return 0;
}

　　引用是一个对象的别名，相当于 const 指针，其指向一经确定，就不能改变了。而 const 引用，则相当于指向 const 变量的 const 指针，其指向和指向的内容均不允许改变。所以在函数返回 const 引用时，不能够通过函数返回的引用对实际对象进行任何修改，即便对象本身不是 const 的。在本例中，versionInfo 在 main 函数中不是const的。SetVersion_const 函数返回了一个指向 versionInfo 的 const 引用，不能通过此引用，对 versionInfo 进行修改。

　　为什么会出现这种现象？相信大家都能理解了。请参考 指向 const 变量指针 的相关内容。

  

八、const 成员变量

　　const 成员变量指的是类中的成员变量为只读，不能够被修改（包括在类外部和类内部）。

• const 成员变量必须被初始化（在相关构造函数的初始化列表中），初始化后，不能够被修改。
• 静态 const 成员变量需要在类外部单独定义并初始化（可定义在头文件）

class CDebugModule
{
public:
    CDebugModule();
    ~CDebugModule();

public:
    const int m_debugLevel;
    static const int m_debugInfo;

};

const int CDebugModule::m_debugInfo = 1;  // 静态常量成员需要在类外进行单独定义和初始化

CDebugModule::CDebugModule()
    : m_debugLevel(10)  // const 成员在构造函数初始化列表中初始化
{
}

CDebugModule::~CDebugModule()
{
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    CDebugModule debugModule;

    debugModule.m_debugLevel = 10;  // 编译错误，不能改变只读成员
    CDebugModule::m_debugInfo = 10; // 编译错误，不能改变只读成员

    return 0;
}

　　类对象的实例化过程可以理解为包含以下步骤：首先，开辟整个类对象的内存空间。之后，根据类成员情况，分配各个成员变量的内存空间，并通过构造函数的初始化列表进行初始化。最后，执行构造函数中的代码。由于 const 成员变量必须在定义（分配内存空间）时，就进行初始化。所以需要在够在函数的初始化列表中初始化。const成员在初始化之后，其值就不允许改变了，即便在构造内部也是不允许的。

　　静态成员变量并不属于某个类对象，而是整个类共有的。静态成员变量可以不依附于某个实例化后的类对象进行访问。那么，静态成员变量的值，应该在任何实例化操作之前，就能够进行改变（否则，只有实例化至少一个对象，才能访问静态成员）。所以，静态成员变量不能够由构造函数进行内存分配，而应该在类外部单独定义，在实例化任何对象之前，就开辟好空间。又由于 const 成员变量 必须初始化，所以静态成员变量必须在定义的时候就初始化。

 

 九、const 成员函数

 　　const成员函数指的是，此函数不应该修改任何成员变量。

• 传给const成员函数的this指针，是指向 const 对象 的 const 指针。
• const成员函数，不能够修改任何成员变量，除非成员变量被 mutable 修饰符修饰。

class CDebugModule
{
public:
    CDebugModule() {};
    ~CDebugModule();

public:
    int m_debugLevel_not_mutable;        // 不带 mutable 修饰的成员变量
    mutable int m_debugLevel_mutable;    // 带 mutable 修饰的成员变量

public:
    void SetDebugLevel_not_const(int debugLevel);   // 非 const 成员函数
    void SetDebugLevel_const(int debugLevel) const; // const 成员函数
};
 
void CDebugModule::SetDebugLevel_not_const(int debugLevel)
{
    m_debugLevel_not_mutable = debugLevel;
    m_debugLevel_mutable = debugLevel;
    return;
}

void CDebugModule::SetDebugLevel_const(int debugLevel) const
{
    m_debugLevel_not_mutable = debugLevel; // 编译错误，const 成员函数不能修改一般的成员变量
    m_debugLevel_mutable = debugLevel;     // 正常，当成员变量被 mutable 修饰时，const成员函数就能修改了
    return;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    CDebugModule debugModule;

    debugModule.SetDebugLevel_not_const(10);
    debugModule.SetDebugLevel_const(10);

    return 0;
}

 

　　在成员函数调用的过程中，都有一个 this 指针被当做参数隐性地传递给成员函数（可能通过栈，也可能通过CPU寄存器）。这个this指针，指向调用这个函数的对象（这样，成员函数才能找到成员变量的地址，从而对其进行操作）。这个this指针，是个 const指针，不能修改其指向（你不希望这个对象的函数，修改了那个对象的成员变量，对吧？）。

　　传递给const成员函数的this指针，指向一个const对象。也就是说，在const成员函数内部，这个this指针是一个指向const对象的const指针。通过第二节的探讨，相信大家已经能够明白，为什么const成员函数不能修改任何成员变量了。

　　mutable 修饰符使得const函数的行为有了一些灵活性。相当于提醒编译器，这个成员变量比较特殊，就不要进行任何只读检查了。

　　我们在第二节留下了一个问题 “为什么 const 对象只能够调用const成员函数呢？”，其实是这样的。由于对象本身通过 const 修饰，那么指向这个对象的指针也就是指向const对象的const指针了。换句话说，指向这个对象的this指针就是指向const对象的const指针。一般成员函数要求的this指针（别忘了this指针也是一个参数）为：指向对象的const指针。所以此处发生了参数不匹配，无法进行调用。而 const 成员函数要求的this指针，恰恰是 指向const对象的const指针。所以依然能够调用。

  

 十、总结　　

const 变量	const int a;	不能修改值，必须初始化
const 类对象	const MyClass a;	不能修改成员变量的值，不能调用非 const 函数
指向 const 变量的指针	const int * a;	指向内容不可变，指向可变
const 指针	int * const a;	指向内容可变，指向不可变
指向 const 变量的 const 指针	const int * const a;	指向内容不可变，指向也不可变 const 引用
const 变量作为函数参数	void myfun(const int a);	函数内部不能改变此参数 指向 const 变量的指针做参数，允许上层用一般指针调用。（反之不可）
const 返回值	const string& myfun(void);	用于返回const引用 上层不能使用返回的引用，修改对象
const 成员变量	const int a; static const int a;	必须在初始化列表初始化，之后不能改变 static const 成员变量需要单独定义和初始化
const 成员函数	void myfun(void) const;	this指针为 指向const对象的const指针 不能修改 非mutable 的成员变量

 

　　本文的内容就这么多了，感谢您能够看到最后，希望对您能够有一点点帮助 ^_^