C++面试3——const关键字的核心概念、典型场景和易错陷阱

const关键字的核心概念、典型场景和易错陷阱

一、const本质：类型系统的守护者

1. 与#define的本质差异

维度	#define	const
编译阶段	预处理替换	编译器类型检查
作用域	无作用域（全局污染）	遵循块作用域
调试可见性	符号消失	保留符号信息
类型安全	无类型	强类型约束
内存分配	不占内存（文本替换）	占用内存（可取地址）

致命陷阱示例：

cpp 复制代码

#define MAX_SIZE 1024
const int max_size = 1024;

char buffer1[MAX_SIZE*2];   // 正确，宏在编译前展开
char buffer2[max_size*2];   // C++11前错误，const变量不是编译期常量

2. constexpr的救赎（C++11）

cpp 复制代码

constexpr int max_size = 1024;  // 真正的编译期常量
char buffer[max_size*2];        // 合法

二、类中的const攻防战

1. 成员变量：初始化列表的独裁

cpp 复制代码

class Matrix {
public:
    Matrix(int w) : width(w) {} // 必须通过初始化列表
private:
    const int width;  // const成员变量
    mutable int cache; // 可变成员（即使const对象也可修改）
};

极端案例：

cpp 复制代码

class Immortal {
public:
    Immortal() {}  // 错误！未初始化const成员year
private:
    const int year = 2023; // C++11允许类内初始化
};

2. 成员函数：const的双重含义

cpp 复制代码

class DataPool {
public:
    void modify() const { 
        // 错误！不能修改非mutable成员
        // count++;  
    }
    
    void nonConstFunc() { 
        // 非const函数可修改成员
    }
};

重载的黑暗法则：

cpp 复制代码

class Logger {
public:
    void log() const { /* 读操作 */ }
    void log() { /* 写操作 */ }
};

const Logger cl;
cl.log();  // 调用const版本
Logger l;
l.log();   // 调用非const版本

三、指针与const的纠缠

1. 声明顺序的死亡游戏

cpp 复制代码

int a = 10;
const int* p1 = &a;  // 指向常量的指针（底层const）
int const* p2 = &a;  // 等同p1
int* const p3 = &a;  // 常量指针（顶层const）
const int* const p4 = &a; // 双const

指针常量 vs 常量指针：

左定值（const在*左边）：指向的值不可变
右定向（const在*右边）：指针本身不可变

2. 类型转换的修罗场

cpp 复制代码

const int* pci = &a;
int* pi = const_cast<int*>(pci);  // 去const化（危险！）
*pci = 20;  // 未定义行为（原始对象非常量时可能成功）

安全转换法则：

只有原始对象本身是非const的，才能用const_cast去掉const属性

四、函数签名中的const暗战

1. 参数传递：效率与安全的博弈

cpp 复制代码

void process(const BigObject& obj);  // 避免拷贝+防止修改
void dangerous(const int* ptr);      // 可能被const_cast突破防御

2. 返回值修饰：所有权的宣誓

cpp 复制代码

const std::string& getConfig();  // 返回只读引用
const int* getRawData() const;   // 承诺不修改数据

死亡陷阱：

cpp 复制代码

const int& func() {
    int local = 42;
    return local;  // 返回局部变量的引用！
}

五、高级战场：模板与const

1. 类型推导的混沌法则

cpp 复制代码

template<typename T>
void deduce(T param) {}

const int ci = 10;
deduce(ci);    // T推导为int（const被剥离）
deduce(&ci);   // T推导为const int*

2. const与完美转发

cpp 复制代码

template<typename T>
void relay(T&& arg) {
    process(std::forward<T>(arg));
}

relay(ci);  // 转发后保持const属性

六、面试核弹级问题

如何让const成员函数修改成员变量？
- 使用mutable修饰成员变量
- const_cast去除this指针的const属性（危险操作）

const成员函数调用非const函数是否合法？

cpp 复制代码

class Test {
public:
    void foo() { }
    void bar() const {
        foo();  // 错误！const函数不能调用非const成员函数
    }
};

为什么函数重载时const可以作为区分？
- 编译器将const成员函数视为void func(const T* this)
- 非const版本为void func(T* this)

总结：const的哲学

契约精神：对编译器承诺数据不可变
防御性编程：限制意外修改，提升代码健壮性
类型系统武器：与引用、模板等特性配合构建安全屏障

掌握const的每个细节，相当于拿到了C++类型系统的核按钮------既能保证代码安全，又能精准控制程序的每一块内存。