一文让你彻底明白C++中的const

2023-07-11 14:58:05 74

在抽象的最高层次上，const做两件事:

*一种保护你自己的方式(类似于private)

*对编译器的一种指示，表明标记为const的对象适合于程序的数据段。换句话说，属于只读数据(ROM-able)。

可以通过例子来看下const的应用。第一个例子中，使用const覆盖了整个例子：

voidfun(inti,std::stringconst&str)
{
i=0;//ok.
str="";//error!
intconstn=42;
n=2;//error!
}

第二种情况只适用于静态初始化的名称空间-作用域变量(又称全局变量):

intconstpi=3;//ROM-able
std::vectorconstivec={/*...*/};//NotROM-able,mightallocate.

对声明为const的变量的任何写操作都被显示为未定义行为。这支持const全局变量在ROM中的位置。

如果一个变量定义在ROM中，对它的写操作很可能会使程序崩溃，这取决于平台。如果一个变量不在ROM中，对它的写操作只会改变它的值。这两种情况的结合就是为什么对const变量执行写操作的行为是未定义行为而不是错误。

如果真的需要改写一个const变量的值，可以通过`const_cast`来改写：

voidfun(inti,std::stringconst&str)
{
i=0;//ok.
const_cast(str)="";//Alsook(maybe).
}

然而，const_cast并不能避免你在尝试写入声明为const的变量时永远不会遭遇未定义行为的陷阱。

std::stringstr="";
fun(0,str);//Ok.
std::stringconstconst_str="";
fun(0,const_str);//UndefinedBehavior!!

因此，只有在确实需要时才使用const_cast，并且只有在知道要写入的底层变量是如何声明的情况下才使用。

**那么，究竟在什么时候什么地方使用const?**

答案就是**Everywhere**。将每个变量声明为const，除非您知道它将被写入。更一般地，在编译器接受的任何地方添加const。

intfoo(intarg)
{
intconstx=compute_intermediate_result(arg);
intconsty=compute_other_intermediate_result(x);
returnsomething_computed_from(x,y);
}

优化器视角下的const

为了优化目的，编译器通常不能使用一致性进行优化。

intget_value(some_classconst&x,intconstat)
{
intoffset=compute_offset(at);
returnx[offset];
}

此时，在这些函数参数中使用const对优化器没有帮助。x上的const不起作用，因为x已经通过引用传递了。没有x的副本，编译器不知道x是否声明为const。在参数at上的const不能帮助我们，因为at是一个拷贝，它可以以任何方式装入寄存器。
如果编译器可以看到const对象的声明，它有时可以使用其一致性进行优化。

std::vectorconstvec={1,2,3};

intmain()
{
//Thismaygeneratecodethatindexesintovec,oritmaygenerate
//codethatloadsanimmediate2.
returnvec[1];
}

如果您想保证这样的优化，您可以在c++11或以后的版本中使用constexpr。使用constexpr声明的变量只对可以静态初始化的类型进行编译，因此，如果编译了它，就会得到一个ROM-able的对象。

constexprstd::arrayarr={1,2,3};

intmain()
{
//Thisgeneratescodethatloadsanimmediate2onevery
//compilerItried.
returnarr[1];
}

constexpr只处理字面常量类型(literaltypes)。这些类型与你可能在C中找到的类型相似。任何被声明为const的int或其他整数值都可以像文字一样使用。

voidfoo(intconstarg)
{
intconstsize=2;

intarray_0[2];//Ok.
intarray_1[arg];//Error!argisaruntimevalue.
intarray_2[size];//Ok.
}

静态const类成员

如果声明一个类成员staticconst，就很像声明一个全局const变量。

intconstglobal_size=3;

structmy_struct
{
staticintconstsize=2;
};

std::arraymake_global_array()
{return{};}

std::arraymake_my_struct_array()
{return{};}

但因为这是c++，所以有个问题。如果定义的staticconst整数值超越界限，则它可能无法被当作字面常量使用，例如一下的例子。

structmy_struct
{
staticintconstsize;
};

std::arraymake_my_struct_array()//Error!
{return{};}

intconstmy_struct::size=2;

这是的错误时因为编译器在解析foo()时不知道要为my_class::size使用什么值。如果你希望像使用全局const整数值一样使用staticconst整数值，请始终将它们声明为内联(inline)。

总结

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1.Useconsttoprotectyourselffromsillymistakes,anduseiteverywhere.

2.YoucanuseconstonglobalsthatyouwantinROM,butpreferconstexpr.

3.Useconst_castsparingly,ornotatall.

4.Whenyoudouseconst_cast,becarefuloftheUBthatmightresult,includingcrashes.

5.Useconstglobalsandstackvariablesinsteadofmacrosfornamedvaluesthatare"asgoodasliterals".

6.Definestaticconstintegraldatamembersinline,ifpossible.

一文让你彻底明白C++中的const

优化器视角下的const

静态const类成员

总结

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