「C++笔记」const限定符

const限定符

const

• const限定符用于定义常量：
  • 常量：一旦创建后其值就不可改变
  • const对象必须初始化

  const int var = 42;    //定义一个名为var的int常量

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作用域

• 默认情况下，const对象被设定为仅在文件内生效
• 若需要const对象能被其他文件访问，须在声明或定义时添加extern关键字

  //A.cc
  extern const int var = 42;    //在A.cc中定义var
  //B.cc
  extern const int var;    //在B.cc中声明var

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const与引用

• 对const的引用（C++程序员常通俗称作常量引用）：
  • 常量引用引用的对象可以是非常量对象，其不可用作修改所引用的对象，引用非常量对象时可通过其他途径修改所指对象的值
  • 引用常量对象只能使用常量引用

    const int var = 42;
    const int &rf = var;

  • 常量引用初始化时可以绑定任意表达式，只要其结果可以转换为引用类型，这会为此常量引用绑定临时量

    // Your code
    double var = 1.61;
    const int &rf = var;
    // 概念上，编译器会这样解释
    double var = 1.61;
    const int temp = var;    //将var转换为临时int常量
    const int &rf = temp;    //让rf绑定临时量

常量引用实际并不存在，引用并非一个对象，无法使其本身保持不变，这仅是C++程序员约定俗成的称呼

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const与指针

• 指向常量的指针：
  • 指向常量的指针可以指向非常量对象，其不可用于修改所指向的对象，指向非常量对象时可通过其他途径修改所指对象的值
  • 指向常量对象只能使用指向常量的指针

    const int var = 42;
    const int *ptr = &var;

• 常量指针
  • 指针作为一个对象，可以将其本身定义为一个常量，这会使其存放的地址无法改变，而非指向的值，常量指针必须初始化

    int var = 42;
    int *const ptr = &var;

理解声明符：从右向左读，以int *const ptr = &var;为例：
将var的地址赋予名为ptr的对象(ptr = &var) –> ptr是常量对象(const ptr) –> 常量对象ptr是一个指针(*const ptr) –> 常量指针ptr指向int对象(int *const ptr) –> ptr是一个指向int对象var的常量指针

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const层级

• 顶层const表示对象是常量，底层const与复合类型的基本类型部分有关，表示绑定的对象是常量：

  int var = 0;
  int *const ptr = &var;    //顶层const，ptr的值不可修改
  const int cvar = 42;    //顶层const，var的值不可修改
  
  const int *ptr1 = &var;    //底层const，ptr的值可以修改
  const int &r = cvar;    //底层const，r引用的对象可变更
  
  const int *const ptr2 = ptr1;
  /* 靠右的const是顶层const，它使ptr2的值不可改变，另一个是底层const
  */

• const层级与拷贝赋值：
  • 拷贝操作不会修改对象的值，因此顶层const无明显影响：

  var = cvar;    //Valid
  ptr1 = ptr2;    //Valid

  • 但底层const限制必须拷入和拷出的对象具有相同层级的const，或者可以转换：

  	int *p = ptr2;    //Invalid，ptr3有底层const，p没有
  	ptr1 = ptr2;    //Valid，都有底层const
  	ptr1 = &var;    //Valid，var的地址int*可以转换为const int*
  	int &r = cvar;    //Invalid，cvar有底层const，r没有
  	const int &r2 = var    //Valid，const int&可以绑定int，满足转换条件
  * * *
  ## 常量表达式
  - **常量表达式**是指值不会改变且在**编译时**就可以得到值的表达式，由它的数据类型和初始值决定
  	```C++
  	const int A = 42;   //A为常量表达式
  	const int B = A + 1;    //B为常量表达式
  	int C = 9;    //C不是常量，不是常量表达式
  	const int size = get_size(); // 除非get_size()是constexpr函数，否则这不是常量表达式

• constexpr类型
  • 将变量声明为constexpr类型以告诉编译器验证变量是否为常量表达式，声明的变量一定是常量，且必须使用常量表达式初始化；普通函数不可以作为constexpr变量的初始值，必须为constexpr函数（在编译时就能获得其值）
  • constexpr隐含顶层const
  • constexpr定义时用到的类型必须为字面值类型——简单、值显而易见的类型（算数类型、指针、引用等）

  constexpr int A = 20;    //Valid
  constexpr int B = A + 1;    //Valid
  constexpr int size = getSize();    //只有getSize是constexpr函数式此语句才正确

  当你笃定一个变量是常量表达式时，就应该把它声明为constexpr类型

  • constexpr与指针：
    • 在constexpr声明中定义一个指针，constexpr只对指针生效，与其所指向的对象无关；它也可以指向非常量
    • constexpr指针初始化时必须绑定具有固定地址的对象或为空指针

易错

• 指向常量的指针和对const的引用“自以为”它们绑定了一个常量（即使是非常量），因此无法通过它们改变所绑定对象的值，但可以通过其他方式改变
• 指向常量的指针VS常量指针

  指向常量的指针	常量指针	特性
  不可以	可以	是否可以通过它修改所指向的非常量的值
  可以	不可以	是否可以修改其所指向的地址
  可以	不可以	是否可以指向常量
  底层const	顶层const	const层级

  • 两者结合既不可以通过它修改所指向的非常量的值，又不可以修改其所指向的地址，但可以指向常量（右到左读法理解=>指向常量的常量指针）
  • constexpr声明中定义的指针为常量指针