C / C++ const 全面总结

在 C / C++ 中，const 关键字用于定义不可修改的变量，这些变量在声明后不能被改变。通过使用const 关键字，可以提高代码的可读性和安全性，防止意外修改变量的值。

下面是一些示例，演示如何使用 const 关键字：

1.定义常量

const int MAX_SIZE = 100;

这里，MAX_SIZE 是一个常量，其值在整个程序的生命周期中都不会改变。如果尝试修改它，编译器会报错。

2. 常量指针和指向常量的指针

常量指针 和指向常量的指针是不同的概念。下面是具体的代码示例：

指向常量的指针 (pointer to const)

一个指向常量的指针是一个指向常量对象的指针。通过这个指针不能修改所指向的对象。它的声明格式是 const 类型* 指针名。

int x = 10;
const int* ptr = &x; // ptr 是一个指向常量 int 的指针

// *ptr = 20; // 错误：不能通过 ptr 修改 x 的值
x = 20; // 直接修改 x 的值是允许的

在这个例子中，ptr 指向 x，但是不能通过 ptr 修改 x 的值。

自身是常量的指针 (const pointer)

int x = 10;
int y = 20;
int* const ptr = &x; // ptr 是一个常量指针，指向 int 类型

*ptr = 30; // 允许：可以通过 ptr 修改 x 的值
// ptr = &y; // 错误：ptr 是常量指针，不能改变它指向的位置

在这个例子中，ptr 总是指向 x，可以通过 ptr 修改 x 的值，但不能让 ptr 指向 y。

指向常量的引用 (reference to const)

一个指向常量的引用是一个引用常量对象的引用。通过这个引用不能修改所引用的对象。它的声明格式是 const 类型& 引用名。

int x = 10;
const int& ref = x; // ref 是一个指向常量 int 的引用

// ref = 20; // 错误：不能通过 ref 修改 x 的值
x = 20; // 直接修改 x 的值是允许的

在这个例子中，ref 引用了 x，但是不能通过 ref 修改 x 的值。（不能通过别名去改变本身，但是可以通过本身的名字去修改自身的名字）

总结

• 指向常量的指针 (const 类型* 指针名): 不能通过指针修改所指对象，但指针自身可以指向不同对象。

• 常量指针 (类型* const 指针名): 指针自身是常量，不能指向其他对象，但可以通过指针修改所指对象。

• 指向常量的引用 (const 类型& 引用名): 不能通过引用修改所引用对象，但引用自身总是指向最初绑定的对象。

通过这些例子，可以更清晰地理解 const 关键字在指针和引用中的不同应用场景。

3. 在函数参数中使用 const

使用 const 指针参数

void printValue(const int* ptr) {
    // 不能通过 ptr 修改它所指向的值
    std::cout << *ptr << std::endl;
}

通过将函数参数定义为 const，可以防止在函数内部修改参数所指向的值，提高代码的安全性。

使用 const 引用参数

void printValue(const int& value) {
    // 不能修改 value 的值
    std::cout << value << std::endl;
}

使用 const 引用参数，既避免了拷贝大对象的开销，又保证了参数不会在函数内部被修改。

4. 常量成员函数

在类中，常量成员函数不会修改对象的状态。这样的函数在声明时需要使用 const 关键字：

class MyClass {
public:
    int getValue() const {
        return value;
    }

private:
    int value;
};

这里，getValue 是一个常量成员函数，它保证不会修改 MyClass 对象的任何成员变量。

5. 常量对象

class MyClass {
public:
    void display() const {
        std::cout << "Displaying value" << std::endl;
    }
};

int main() {
    const MyClass obj;
    obj.display(); // 可以调用常量成员函数
    return 0;
}

这里，obj 是一个常量对象，只能调用常量成员函数，不能调用会修改对象状态的成员函数。

6. const 和 define 的区别？

在C++中，使用const关键字和使用预处理指令#define来定义常量是两种不同的方法，它们具有一些关键的区别：

1. 类型安全 ：const 定义的常量具有明确的类型，可以进行类型检查。这有助于避免类型相关的错误。

2. 作用域限制 ：const 定义的常量有特定的作用域，通常是在它被声明的块中。这有助于避免命名冲突，并增加了代码的可维护性。

3. 调试友好 ：const 定义的常量在调试过程中可以被看到，因为它们是符号名称。

4. 内存分配 ：const 常量通常会分配存储空间（尽管编译器可能会优化），可以取地址。

示例：

const int MAX_VALUE = 100;

使用 #define 定义常量

1. 预处理器指令 ：#define 是一个预处理器指令，用于在编译之前替换文本。它不进行类型检查，也没有数据类型。

2. 全局替换 ：#define 创建的宏在它被定义后的所有地方有效，直到被#undef指令取消或文件结束。

3. 不占用存储空间：宏通常不分配存储空间，因为它们在编译前就被替换成相应的值或表达式。

4. 可能导致意外的行为 ：由于文本替换的方式，#define 宏可能导致一些意外的行为，尤其是在复杂的表达式中。

示例：

#define MAX_VALUE 100

区别总结

• 类型安全 ：const 比 #define 提供更好的类型安全。

• 作用域控制 ：const 变量有特定的作用域，而 #define 没有作用域概念，它是全局替换。

• 调试 ：const 常量在调试时更容易追踪。

• 内存分配 ：const 可能会占用存储空间，而 #define 不会。

• 编译器优化 ：现代编译器通常能够对 const 常量进行优化，尤其是在它们没有被取地址时。

因此，在C++中，通常推荐使用const来定义常量，因为它提供了更好的类型安全、作用域控制和调试能力。然而，在某些特殊情况下，例如当需要定义宏函数或进行条件编译时，#define 仍然非常有用。

什么时候用 const 、什么时候用 define ？

• 使用 const：当你需要定义一个具有特定类型的不变值，并且这个值只在某个特定区域（比如一个函数或类中）有效时。例如，你想在一个函数中定义一个不会改变的整数或浮点数：

const int maxUsers = 100;
const double pi = 3.14159;

• const 保证了类型安全（比如你不能不小心把字符串赋给一个整数类型的 const），并且让代码更容易理解和维护。

• 使用 define：当你需要定义一个全局常量，或者需要创建一个宏（比如一个简单的代码片段）时。这种情况下，类型不是主要关注点，而且这个值或代码片段将在整个程序中有效。

#define PI 3.14159
#define MAX(a, b) ((a) > (b) ? (a) : (b))

define 是在编译之前进行文本替换，所以它不关心类型安全，也不受作用域的限制。

总结 ：如果你需要类型安全和作用域控制，用 const。如果你需要全局替换或创建宏，用 define。在现代 C++ 中，一般推荐使用 const，因为它更安全、代码更清晰。

总结

const 关键字在 C++ 中有多种用途，可以提高代码的安全性和可读性。通过定义常量、常量指针、指向常量的指针、常量成员函数和常量对象，我们可以确保在需要保护数据不被修改的地方使用 const，从而减少代码中的错误和漏洞。