从C语言过渡到C++之const

1. 定义常量

1.1 C语言中定义常量的方法

在C语言从零开始这个系列中，我们讲了C语言定义常量的方法。没有看过的同学请参考：C语言从零开始（五）-常量&变量

为什么要定义常量我就不再赘述了，这里重点说说这么定义有什么不好。经常有这样的面试题：请写出下面这段代码的执行结果：

#include <stdio.h>

#define SUM 5 + 1;

void main()
{
  int a = 2 * SUM;
  printf("%d", a);
}

经常有人答12，其实结果是11。不信你用计算机运行一下试试。

为什么会错呢，因为#define定义的常量是伪常量，它在参加编译时做的是原样字符替换。就是2 * SUM这句在编译器看来应该是

int a = 2 * 5 + 1；


如果你的本意是想得到12，那么定义中应该这么写：

#define SUM (5 + 1);


这样的经典错误很多人都犯过，虽然道理大家都知道，但是总会因为粗心大意掉进这个坑里。

于是，C++引入const常量彻底解决了这个问题。后来部分C语言的编译器也开始支持const的使用，这就充分说明了它的价值。

1.2 const常量

在C++中，我们用下面的形式定义常量：

const int MONTH = 12;
const int SUM = 5 + 1;

严格意义上讲，const常量应该叫做“常变量”，它定义了一个值不会被修改的变量。

为了代码风格统一，我们依然习惯把const常量用全大写字母命名。

特点

const常量与普通常量最大的不同有两点：

值不能改变
可以用作数组大小的定义
例如：

const int MAX = 10;
int arr[MAX] = {0};
for (int i = 0; i < MAX; i++)
{
  // Do something
}

1.3 作用范围

const定义的常量的作用域类似与static，只能被当前文件访问。如果想在其他文件中使用该如何写呢？

// file1
const int MAX = 10;
// file 2
extern const int MAX;

不过并不推荐这么使用，还是建议大家把const定义写在头文件中，在需要的文件中包含这个头文件。

2. 指针与const

const的修饰特点是修饰离它最近的部分。它一般有两种用法。

2.1 指向const变量的指针

让指针指向一个const对象，防止指针修改所指向的值。

int age = 30;
const int* ptr = &age;

这段代码定义了一个指针ptr，它指向一个const int类型的数据，不可修改。

  *ptr += 1;  // 报错
  cin >> *ptr;  // 报错

这两种写法都是非法的。

注意：依然可以用 age变量修改。

2.2 const指针

将指针本身声明为一个常量，防止指针位置改变

int a = 3;
int* const p = &a;

p++; // 错误

注意：只有const指针能够指向const变量，例如：

const int a = 9;
const int* p = &a;   // 正确
int* ptr = &a;     //错误

特殊使用：

const int* const p = &a;


这句话的意思是指针变量和指向的地址中的内容都不可变

3. 函数与const

3.1 const参数

如果希望参数在函数内部不被修改，可以用const修饰，如下：

void fun(const int a)
{
  a++; // 非法操作
}

由于a被const修饰为常变量，因此再对它进行a++操作就会报错。

这种写法的目的只是为了限制参数在函数内部的修改，如今越来越多的人喜欢这样实现：

void fun(int a)
{
  const int& b = a;
  b++; // 非法操作
}

效果是完全一样的。

3.2 const返回值

如果函数返回值是一个基本数据类型，用const修饰是没有意义的。比如：

const int fun()
{
  return 1;
}

fun()函数的返回值是不可能做“左值”再被修改的，因为没人会这么使用：

fun() = 2;
编译器也会把这种写法先过滤掉。

一般，const只用来修饰返回值是一个类的对象的函数。例如：

class A
{
public:
  A()
  {
    m_i = 0;
  }

  A(int i) : m_i(i){}

  void Modify(int i)
  {
    m_i = i;
  }

private:
  int m_i;
};

A GetA()
{
  return A(1);
}

const A GetConstsA()
{
  return A(1);
}

void Update(A& a)
{
  a.Modify(2);
}

void Update2(const A& a)
{
  A m = a;
  m.Modify(2);
}

int main()
{
  GetA() = A(1);    // 正确
  GetA().Modify(5);  // 正确

  GetConstsA() = A(1);   // 报错
  GetConstsA().Modify();  // 报错

  Update(GetA());      // 正确
  Update(GetConstsA());  // 报错
  Update2(GetConstsA());  // 正确

  return 0;
}

能看懂其中的奥秘吗？总结一下，const修饰的返回值如果是类的对象，那么：

这个返回值不能做左值（放在等号左边被赋值或者调用其成员函数）
这个返回值的别名必须也被const修饰

4. 举一反三

知道了一般参数和返回值被const修饰的情况，我们应该能够推导出const修饰指针参数和返回值的情况。我们用一段代码来看看容易出现的错误。

void fun1(int* p)
{
  // Do nothing
}

void fun2(const int* cp)
{
  *cp = 3; // 错误
  int i = *cp;
  int* ip2 = cp; // 错误
}

const char* fun3()
{
  return "result of function fun3()";
}

const int* const fun4()
{
  static int i;
  return &i;
}

int main()
{
  int x = 0;
  int* p = &x;
  const int* cp = &x;

  fun1(p);
  fun1(cp); // 错误

  fun2(p);
  fun2(cp);

  char* cp = fun3();  // 错误
  const char* ccp = fun3();

  int* p2 = fun4(); // 错误
  const int* const ccp = fun4();
  const int* cp2 = fun4();
  *fun4() = 1; // 错误

  return 0;
}

这段程序的各种赋值其实完全符合第2部分中介绍的原则。在传参和赋值的过程中需要注意：

指针内容被const修饰时，*p不可修改
指针内容被const修饰时，不能赋值给内容非const的指针
指针变量和内容都被const修饰时，只能给相同情况的指针赋值
说起来有些拗口，仔细想想其实和第二部分所讲的内容相似。

OK，今天就先到这里。