C++提高篇之const的深入提高

        我們也許學習過const的使用，但是對於const的細緻的技術細節卻不一定掌握。const的用法在許多的教材上只是簡單的介紹，在這裏我們對const進行細緻的概念以及用法剖析。const 是由c++採用，並加進標準c中，但是他們的意義完全不同，在舊版本(標準前)的c中，如果想建立一個常量，必須使用預處理器：
#define PI 3.14159

此後無論在何處使用PI，都會被預處理器以3.14159替代。編譯器不對PI進行類型檢查，也就是說可以不受限制的建立宏並用它來替代值，如果使用不慎，很可能由預處理引入錯誤，這些錯誤往往很難發現。

我們也不能得到PI的地址（即不能向PI傳遞指針和引用）。
c++引入了命名常量的概念，命名常量就像變量一樣，只是它的值不能改變，如果試圖改變一個const 對象，編譯器將會產生錯誤。 const 和正常變量一樣有作用域，所以函數內部的const也不會影響程序的其餘部分。在c++中const可以取代預處理器#define來進行值替代，const有安全的類型檢查，所以不用擔心會像預處理器一樣引入錯誤。

在通常的情況下const同預處理器#define一樣只是將所賦值保存入編譯器的符號表中（符號表僅僅在編譯時存在，在編譯過程中編譯器將程序中的名字與之在符號表中定義的數值作簡單的替換），在使用的時候進行值替換，並不爲const創建存儲空間。我們將const的定義放進頭文件裏，這樣通過包含頭文件，可以把const定義單獨放在一個地方並把它分配給一個編譯單元，const默認爲內部連接（內部連接意味着只對正在編譯的文件創建存儲空間，別的文件可以使用相同的標示符和全局變量，編譯器不會發現衝突，外部連接意味着爲所有被編譯過的文件創建一片單獨的存儲空間，一般全局變量和函數名的外部連接通過extern聲明，可以通過其他的文件訪問）也就是說const僅能被它所定義過的文件訪問，在定義一個const時，必須賦一個值給它，除非用extern做出說明：

extern const int a;

這表示const的定義在其他的什麼地方，這裏僅僅是一個聲明，但是這樣的做法使const使用了外部連接，也就是說上面的extern強制進行了對const的存儲空間分配，這樣我們就無法再用const作爲常量摺疊（在可能的情況下，符號常量的值會代替改名字的出現，這個替代過程叫做常量摺疊）使用了，即使我們在其他地方定義了const的值,如：

extern const int a=3;

因爲const的值被放入了存儲單元，在編譯的過程中，編譯器不會去讀存儲單元的內容。如果我們這樣做：

int b[a];

編譯器就會給我們一個錯誤信息。

想不爲const分配存儲空間是不可能的，因爲對於複雜的結構，例如集合，編譯器不會複雜到將集合保存到它的符號表中，所以必須分配內存空間，這就意味着“這是一塊不能改變的存儲空間”，當然也就不能在編譯期間使用它的值，因爲編譯器不知道存儲的內容：

const int i[]={1,2,3,4};

//float f[i[2]];
//將得到錯誤信息，編譯器提示不能在數組定義裏找到一個常數表達式。

因爲編譯器靠移動棧指針來存儲和讀取數據。
也因此，由於無法避免爲const分配內存，所以const的定義必須默認爲內部連接，否則由於衆多的const在多個文件中分配內存，就會引起錯誤。下面我們看一段簡單有效的代碼來說明const的常量摺疊：

#include <iostream.h>
const int a=3;
const int b=a+1;
float *f=(float*)&b;
char c[b+3];
void main()
{
const char gc=cin.get();
const char c2=gc+3;
}

我們可以看到，a是一個編譯器期間的const，b是從a中計算出來的，由於a是一個const，b的計算值來自一個常數表達式，而它自身也是一個編譯器間的const，接着下面指針f取得了b的地址，所以迫使編譯器給b分配了存儲空間，不過即使分配了存儲空間，由於編譯器已經知道了b的值,所以仍然不妨礙在決定數組c的大小時使用b。

在主函數main()裏，標識符gc的值在編譯期間是不知道的，這也意味着需要存儲空間，但是初始化要在定義點進行，而且一旦初始化，其值就不能改變，我們發現c2是由gc計算出來的，它的作用域與其他類型const的作用域是一樣的，這是對#define用法的一種改進。

在c++引進常量的時候，標準c也引入了const，但是在c中const的意思和在c++中有很大不同，在c中const的意思是“一個不能改變的普通變量”，const常量總是被分配存儲空間而且它的名字是全局符即const使用外部連接。於是在c中：

const int size=100;
char c[size];

得出一個錯誤。但是在c中可以這樣寫：

const int size;

因爲c中的const被默認爲外部連接，所以這樣做是合理的。
在c語言中使用限定符const不是很有用，如果希望在常數表達式裏（必須在編譯期間被求值）使用一個已命名的值，必須使用預處理器#define。

在c++中可以使指針成爲const，這很有用，如果以後想在程序代碼中改變const這種指針的使用，編譯器將給出通知，這樣大大提高了安全性。在用帶有const的指針時，我們有兩種選擇：const修飾指針指向的對象，或者const修飾指針自己指向的存儲空間。

如果要使指向的對象不發生改變，則需要這樣寫：

const int *p;

這裏p是一個指向const int 的指針，它不需要初始化，因爲p可以指向任何標識符，它自己並不是一個const，但是它所指的值是不能改變的，同樣的，我們可以這樣寫：

int const *p;

這兩種方法是等同的，依據個人習慣以及編碼風格不同，程序員自己決定使用哪一種形式。
如果希望使指針成爲一個const必須將const標明的部分放在*右邊。

int a=3;
int *const j=&a

編譯器要求給它一個初始值，這個值在指針的生命期間內不變，也就是說指針始終指向a的地址，不過要改變它地址中的值是可以的：

*j+=4;

也可以是一個const指針指向一個const對象：

const int *j1=&a;
int const *j2=&a;

這樣指針和對象都不能改變，這兩種形式同樣是等同的。在賦值的的時候需要注意，我們可以將一個非const的對象地址賦給一個const指針，但是不能將一個const對象地址賦給一個非const指針，因爲這樣可能通過被賦值的指針改變對象的值，當然也可以用類型的強制轉換來進行const對象的賦值，但是這樣做打破了const提供的安全性。

const也被用於限定函數參數和函數的返回值，如果函數參數是按值傳遞時，即表示變量的初值不會被函數改變，如果函數的返回值爲const那麼對於內部類型來說按值返回的是否是一個cosnt是無關緊要的，編譯器不讓它成爲一個左值，因爲它是一個值而不是一個變量，所以使用const是多餘的，例如：

const int f(){return 1;}
void main(){int a=f();}

但是當處理用戶定義類型的時候，按值返回常量就很有意義了，這時候函數的返回值不能被直接賦值也不能被修改。僅僅是非const返回值能作爲一個左值使用，但是這往往失去意義，因爲函數返回值在使用時通常保存爲一個臨時量，臨時量被作爲左值使用並修改後，編譯器將臨時量清除。結果丟失了所有的修改。
可以用const限定傳遞或返回一個地址（即一個指針或一個引用）：

const int * const func(const int *p)
{ static int a=*p;
return &a;
}

參數內的const限定指針p指向的數據不能被改變，此後p的值被賦給靜態變量a,然後將a的地址返回，這裏a是一個靜態變量，在函數運行結束後，它的生命期並沒有結束，所以可以將它的地址返回。因爲函數返回一個const int* 型，所以函數func的返回值不可以賦給一個非指向const的指針，但它同時接受一個const int * const和一個const int *指針，這是因爲在函數返回時產生一個const臨時指針用以存放a的地址，所以自動產生了這種原始變量不能被改變的約定，於是*右邊的const只有當作左值使用時纔有意義。

const同樣運用於類中，但是它的意義又有所不同，我們可以創建const的數據成員，const的成員函數，甚至是const的對象，但是保持類的對象爲const比較複雜，所以const對象只能調用const成員函數。

const的數據成員在類的每一個對象中分配存儲，並且一旦初始化這個值在對象的生命期內是一個常量，因此在類中建立一個const數據成員時，初始化工作必須在構造函數初始化列表中。如果我們希望創建一個有編譯期間的常量成員，這就需要在該常量成員的前面使用static限定符，這樣所有的對象都僅有一個實例：

class X
{
static const int size=50;
int a[size];
public:
X();
};

const對象只能調用const成員函數，一個普通對象同樣可以調用const成員函數，因此，const成員函數更具有一般性，但是成員函數不會默認爲const。聲明一個const成員函數，需要將const限定符放在函數名的後面：

void f (void ) const;

當我們運用const成員函數時，遇到需要改變數據成員，可以用mutable進行特別的指定：

class X
{
mutable int i;
public:
X();
void nochange() const;
};

void X::nochange const(){i++;}

const消除了預處理器的值替代的不良影響，並且提供了良好的類型檢查形式和安全性，在可能的地方儘可能的使用const對我們的編程有很大的幫助。

http://www.0err.com/CS/z2.htm