C++中const用法小结

const在C++中使用十分广泛，不同位置使用的意义也不尽相同，所以想写篇文章对其做一个总结。

首先，明确const是“不变”这个基本意义，但是不变不意味着什么都不变，下面将会看到。

1. const与变量

基本原则：const变量（对象）不能被修改

const在变量中的引入和魔数有关，所谓“魔数”指的是突然出现的一个常量值（也叫字面值常量）。

for(int i = 0; i < 512; i++)
{
// todo
}

上例中，512即为魔数，512突然出现在循环中，令人不能得知其意义，所以引入const。

const int length = 512;
for(int i = 0; i < length; i++)
{
// todo
}

这样就知道循环是在长度范围内。

1.1 const修饰一个变量（或者说对象），使其变成一个常量，表示该变量的值无法再被修改，正因为如此，所以定义一个常量的时候，必须初始化。

1.2 const常量的作用域：

我们知道，在全局作用域内声明一个变量（此处特指非const修饰的变量），其作用于整个程序，在其他文件中也能被引用，原因是在全局作用域声明一个变量，默认是extern修饰的。

在全局作用域内声明一个const变量，默认不是extern修饰，所以其只能作用于本文件内，若要在其他文件中访问，需要显式声明为extern

2. const与引用

基本原则：const引用是指向const变量（对象）的引用

const int ival = 1024;
const int &refVal = ival;

2.1 const引用可以指向一个相关类型（不是本类型）的const变量

double dval = 3.14;
const int &refVal = dval;

编译器将double转换成一个临时的int对象，然后让const引用绑定到这个临时对象，所以改变dval的值不会改变refVal，也就是说dval仍然是非const变量，refVal仍然是常量引用。

primer第四版是上面的说法，但我在VS2012中，const也可以指向一个本类型的非const变量，查找资料的原因大概是满足reference-campatible条件。

理论上，我们应该严格遵守，常量引用指向常量对象，非常量引用指向非常量对象，避免出错。

3. const与指针

const与指针的关系分为两种：const修饰的指针和指向const对象的指针，二者const的位置不相同

3.1 指向const对象的指针(const位于指针符号*前面)

对于一个const对象，必须用一个指向const的指针来指向它。原因在于，const修饰使得对象无法被改变，而指针如果不是指向const的指针，则可以通过指针来修改对象，这是不被允许的。

const int ival = 1;
const int *ptrVal = &ival;

反过来，对于一个指向const对象的指针，可以指向任意一个对象，这个该怎么理解呢？我们首先看看指针赋值的过程：

int *ptr = &val;

将val的地址赋值给ptr，因为赋值的只是地址，所以不知道ptr所指向的对象是否为const。

如果我们把一个地址赋值给一个指向const的指针，那么指针认为这是一个const的对象，也就是说，ptr指针指向了一个“自认为”是const的对象。

int ival = 1;
const int *ptrVal = &ival;

上面的程序是正确的，我们需要明确，ival是非const变量，所以我们可以通过给ival赋值更改ival的值。ptrVal指向了一个自认为是const的对象，所以我们无法通过*ptrVal来更改ival的值。

3.2 const修饰的指针(const位于指针符号*后面)

int *const ptr;

上式声明了一个const类型的指针，表示的意思是指针本身是一个常量，不能被修改。

如何理解？指针本身的值是一个地址，如果指针本身是一个常量，则这个地址值不能被修改，也就是说指针只能指向这个地址，不能指向其他地方。但指针所指向的地址的内容不属于指针本身的值，所以其所指向的内容可以改变。

int ival = 1;
int *const ptr = &ival;
*ptr = 2;          // ok
int ivalTwo = 11;
ptr = &ivalTwo       // error

综上，可以定义一个指向const对象的const指针

const int *const ptr = &ival;

3.3 typedef中易出错的const指针

typedef string *ptr;
const ptr s_ptr;

上式不能直接替换理解为const string *s_prt; 从而认为s_ptr是一个指向const string的指针。
首先，ptr是一个指针，const修饰的是一个指针，所以应该是string *const s_ptr; s_ptr是一个指向string的const指针。

4. const与数组

const与数组的点在于const在定义时必须初始化这个原则，所以使用动态分配数组时，如果数组存储的是const类型的对象，必须进行初始化(使用初始化符号())。

5. const与函数返回值

修饰函数的返回值，用于返回一个常量。

const int foo();

5.1 返回通过值传递

如果函数返回时采用值传递，比如返回一个int类型，那么函数会把返回的值(比如47)复制到外部临时存储单元中(产生临时副本)，所以加const修饰毫无意义

int foo();
const int foo();

二者完全相同。需要注意的是，值传递产生临时副本，效率低(下面const与函数参数有讲)，所以通常采用引用传递来返回。

5.2 返回通过引用传递(并不多见)

如果返回值不是内部类型，通常使用引用传递来返回结果，因为引用传递的是本身，不需要产生临时副本。但需要注意的是，此时仅仅返回一个别名。

ClassType &foo();
const ClassType &foo();

const修饰的返回引用值，表示函数调用的结果只能赋值给一个同类型的const引用。

5.3 返回通过指针传递

const ClassType *foo();

表示函数返回一个ClassType类型的指针，这个指针指向一个const对象，指针所指的内容不能被修改，所以函数的返回值只能赋值给指向一个const的同类型的指针。

const ClassType *ptr = foo();  //ok
ClassType *ptr = foo();     //error

6. const与函数参数

首先需要明确，const修饰的目的就在于保护所修饰的内容不被改变。
在C++中，函数参数分为值传递，指针传递和引用传递。

6.1 值传递

值传递在函数调用时产生一个临时副本，函数中对传入参数的修改和操作是对副本的操作，不改变实参本身的值，所以无需const来保护。
值传递的保护很好，但值传递存在缺点，需要产生临时副本，如果传入的是对象，那么需要进行构造、复制、和析构等操作，效率不高。这时候可以考虑引用传递

void foo1(int x);
void foo2(ClassType instance);     //开销较大

下面这种保护无意义：

void foo1(const int x);
void foo2(const ClassType instance);

6.2 引用传递

通过传入实参的引用，降低开销。因为引用即本身，不需要去产生一个临时副本。

void foo1(int &x);
void foo2(ClassType &ref);

对于上述两个函数，函数调用和值传递的形式完全一样，不同的是函数内部得到的x和ref是调用传入实参的引用。也正因为如此，引用可以通过函数改变传入的参数来改变实参。这对与实参来说，比较危险，这时候需要通过const修饰来保护传入的引用不被修改。

void foo1(const int &x);
void foo2(const ClassType &ref);

通常来说，对于基本内部类型，不存在对象的构造等操作，所以下面两种保护参数不被修改的方式效率基本一样。

void foo1(int x);
void foo1(const int &x);

6.3 指针传递

指针传递在保护参数不被修改上和引用传递是一样的，指针传递还有一个功能是可以扩大接收参数的范围：

void foo1(const ClassType *ptr);

结合上面const与指针，我们知道，ptr指向一个自认为是const类型的对象，所以！传入的对象不一定是const修饰的对象，可以是const对象，也可以非const对象。反过来，如果没有const修饰函数的形参，则只能传入非const对象。

需要明确，无论传入的是否是const对象，都无法通过指针来修改这个对象，这和上面指针与const的关系是一致的。

最后需要知道：const只能修饰一个输入参数，如果是输出参数，无论是引用传递还是指针传递，都不能使用const来修饰

7. const与类的数据成员

const修饰的数据成员不能在构造函数中进行初始化，只能使用成员初始化列表进行初始化。
我的理解是，因为在构造函数执行之前，使用成员初始化列表对数据成员进行初始化，如果在构造函数中对数据成员进行初始化，相当于对const进行二次赋值，这是不被允许的。

之所以这么理解，可以参照类中引用类型的初始化，也是必须在初始化列表中进行初始化，因为引用类型也是在定义的时候必须初始化，要求和const一样，所以二者都只能使用成员初始化列表来进行初始化。

8. const与类的成员函数

const成员函数中，const位于函数的参数列表后面(函数声明前面表示函数的返回值是一个常量)

const修饰的成员函数表示成员函数是一个只读的作用，不改变成员变量。
const成员函数真正的含义在于，const其实修饰的成员函数的是隐含参数this指针，也就是说传入的是const ClassType *this，因为this指向一个const对象，所以不能修改。

因为this是指向对象的指针，所以我们需要再次结合const与指针的知识：

（1）const修饰了this，得到const ClassType *this，this指向一个“自认为”是const的对象(也就是本身），所以任何对象(const或者非const)都可以调用一个const成员函数，因为传入的指针都把自身这个对象看作是const对象，所以不能被修改。
（2）对于一个const对象，当其调用成员函数的时候，默认都传入this指针参数，因为this此时指向一个const对象(本身)，所以相当于成员函数被const修饰，成员函数是一个const成员函数，所以反过来说，const对象只能调用const成员函数，因为非const修饰的成员函数，this指针不是指向const对象。
（3）在8.2的基本上，进一步，每个成员函数都可以调用其他成员函数，每个成员函数都传入this指针，所以成员函数相互调用必须保持this指针的一致性，所以const成员函数只能调用const成员函数，因为二者传入的this指针都是const修饰的。对于非const成员函数，其传入非const修饰的this指针，所以不能被调用。

搞清楚const真正的含义就明白了，一定要保持const成员函数传入的是const指针这个意识，对象调用就需要看对象（本身，指针，引用）是否是const。