条款3 尽可能使用const

简介: 条款3 尽可能使用const

条款3:尽可能使用const

简单来说,当我们希望某个值(这个值,可以是变量,成员函数等等)不能被改变时,就应该为该值声明为const类型,告诉编译器同时也告诉我们自己,这个值后续不能被改变,防止后续误操作,从而导致结果与预期违背。比如,我们定义一个圆周率Pi,Pi等于3.14,这是一个不争的事实,这时就需要为Pi变量加上const限定,防止我们写出这样的代码:

double Pi = 3.14;
//正确:const double Pi = 3.14;
int main() {
    int val = 1;
    if (Pi = val) {
        cout << "Pi: " << Pi << endl;
    }
    return 0;
}

在将Pi与某个变量进行对比时,不小心将==写成了=,导致修改了Pi的值,而将Pi声明为const,在一些编译器的静态语法检测时期就能帮我们检查出这种错误。

同样,当我们定义一种自己的类型时,也需要在合适的地方使用const,比如,定义一个MyInt类型:

class MyInt {
public:
    MyInt() {}
    MyInt(int val) {
        this->val = val;
    }
    friend ostream& operator<<(ostream &out, const MyInt &myInt);
    friend MyInt operator*(const MyInt &myInt1, const MyInt &myInt2);
    bool operator==(const MyInt &myInt) const {
        return this->val == myInt.val;
    }
    bool operator=(const MyInt &myInt) {
        this->val = myInt.val;
        //这里认为赋值总是正确的
        return true;
    }
private:
    int val;
};
ostream& operator<<(ostream &out, const MyInt &myInt) {
    out << myInt.val;
    return out;
}
MyInt operator*(const MyInt &myInt1, const MyInt &myInt2) {
    return MyInt(myInt1.val * myInt2.val);
}
int main() {
    MyInt myInt1(100);
    MyInt myInt2(10);
    MyInt myInt3(10);
    if ((myInt2 * myInt3) = myInt1) {
        cout << "==" << endl;
    }
    else {
        cout << "!=" << endl;
    }
    return 0;
}

上面这段程序虽然可以通过编译,但事与愿违,我们本来是要比较myInt2 * myInt3是否等于myInt1,不小心将==写成了=,结果他们总是相等的,因此,在重载*时,需要给返回值加上const(因为*计算结果是一个常量,尝试对常量赋值总是错误的,即使是自定义类型):

friend const MyInt operator*(const MyInt &myInt1, const MyInt &myInt2);
const MyInt operator*(const MyInt &myInt1, const MyInt &myInt2) {
    return MyInt(myInt1.val * myInt2.val);
}

这时再进行赋值,编译器就会提示我们,是不是要进行比较运算,而不是赋值运算。

const也可以用来限定指针自身或指针所指物,比如这样一段程序:

char buf[] = "hello";
char other[] = "other";
int main() {
    char* p = buf;
    p[0] = 'a';
    printf("%s\n", p);
    p = other;
    printf("%s\n", p);
    return 0;
}

在p指针没有被修饰为const类型之前,我们可以随意改变指针所指物,以及指针指向。

当我们不想让指针所指物改变时就应该在*前面加上const限定:

const char* p = buf;

当我们不想让指针指向改变时就应该在*后面加上const限定:

char* const p = buf;

const char *p = buf; 和 char const *p = buf;等价。因此只需要记const和*的相对位置即可,与类型无关。

const也可以作用于成员函数,并且,一个函数如果只是常量性不同,是可以被重载的:

class Demo {
public:
    Demo() {
    }
    void output() {
        cout << "non-const output" << endl;
    }
    void output() const {
        cout << "const ouput" << endl;
    }
};
int main() {
    Demo non_const_demo;
    const Demo const_demo;
    non_const_demo.output();
    const_demo.output();
    return 0;
}

上述程序,const类型的对象调用const类型的ouput,非const类型对象调用非const类型的ouput。需要注意的是:非const类型对象可以调用const类型的函数,而const类型对象不能调用非const类型的函数。

const又分为数据意义上的const和逻辑意义上的const。

数据意义上 的const是指如果一个成员函数已经声明为const,这时当在该函数内企图修改成员变量(static除外)时,被认为是非法的。也就是说,编译器在进行检查时,只会检查是否存在修改成员变量的赋值动作。但该函数是否真正是const的,编译器并不知道,比如:

class Demo {
public:
    Demo(char *p) {
        this->p = p;
    }
    char& operator[](int pos) const {
        return p[pos];
    }
    void output() const {
        printf("%s\n", p);
    }
private:
    char *p;
};
int main() {
    char buf[] = "hello";
    const Demo demo(buf);
    demo.output();
    demo[0] = 'a';
    demo.output();
    return 0;
}

重载[]运算符,函数被const限定,意指该函数不会修改类的成员变量,但事实上,我们还是将其修改了,因为它返回了引用。这就是数据意义上的const,虽说编译器没报错,但并不是真正意义上的const函数。

而逻辑意义上的const,是指一个const成员函数可以修改它所处理的对象内的某些bits,但只有在客户端侦测不出的情况下才得如此。这其实也就是说该成员函数对外表现是const,而函数内部可能会修改成员变量。

具体,通过关键词mutablemutable修饰的成员变量是可以在const成员函数内部修改的。

class Demo {
public:
    Demo() {}
    void func() const {
        val = 5;
    }
private:
    mutable int val;
};

逻辑意义上的const,更多的是人为控制的,比如,一个成员函数被限定为const,对于使用者而言,放心大胆的使用即可,无需关注函数内部是否修改了成员变量,即使修改了,也应当是设计如此。

在写程序时应该使用逻辑意义上的常量性。

之前提到,非const类型可以调用const类型的成员函数,因此,在实现const和非const类型的两个版本时,可以通过非const类型调用const的方式减少代码重复。

来看一下书中的例子:

class TextBlock {
public:
    const char& operator[](std::size_t position) const {
        return text[position];
    }
    char& operator[](std::size_t position) {
        return const_cast<char &>(static_cast<const TextBlock&>(*this)[position]);
    }
private:
    char *text;
};

这里重载了const版本和非const版本的[],非const版本调用const版本的逻辑处理部分。其中涉及两次转型动作,第一次,非const类型的对象需要转为const,从而调用const类型的[],第二次,const类型的返回结果,需要通过const_cast来移除const限定。

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