一文讲清C/C++ Const/Const_Cast/Constexpr

发布时间：2022-11-25 12:40:00 所属栏目：语言来源：

导读：　　很多人搞不清const、const_cast、constexpr的用法，稀里糊涂地用。一般而言，即使乱用，问题也不大，因为错大发了会崩，崩了自然会被修正，不崩自然也就没事。但作为一个有追求的专业程序员，自当闻过则喜，搞清

　　很多人搞不清const、const_cast、constexpr的用法，稀里糊涂地用。一般而言，即使乱用，问题也不大，因为错大发了会崩，崩了自然会被修正，不崩自然也就没事。但作为一个有追求的专业程序员，自当闻过则喜，搞清楚弄明白。
　　
　　一、const
　　C语言的const用法
　　先讲const，这玩意儿怎么翻译我也拿不准，C语言中该关键字的用法比较简单，大概有如下几种用法：
　　
　　[1] 修饰普通变量：变量只读，在程序运行过程中不可修改。
　　
　　const int i = 100; //i is read only
　　i = 200; //compile error, variable i can not assignable
　　[2] 修饰指针 const T* p：表示不能通过p去修改p指向对象的内容，另一方面只能通过p调用T类的const成员函数
　　
　　const struct Foo *f = new Foo;
　　f->dataX = 100; //compile error
　　
　　const char* p = "abc";
　　p[1] = 'x'; //compile error
　　f->nonconst_member_function(); ///compile error (后面再讲)
　　[3] 修饰指针 T* const p：表示指针只能在初始化时设置指向，之后便不能修改指向。
　　
　　char s1[] = "abc";
　　char s2[] = "xyz";
　　char* const p = s1;
　　p = s2; //compile error
　　[4] 修饰指针 const T* const p：表示既不能通过p修改它指向的对象，又不能更改p的指向。
　　
　　const char* const p = "abc";
　　p[1] = 'B'; //compile error
　　p = "xyz"; //compile error
　　[5] 修饰函数参数：c语言中const修饰参数反映的含义同上所述
　　
　　小结：C语言中，const的用法差不多就这些，比较简单。
　　
　　C++扩充了const的用法
　　
　　[1] 修饰成员变量：const成员变量只能在初始化列表里做初始化，程序运行中不可修改;如果是const整型，则可以C++11标准之后直接初始化。
　　
　　struct Foo
　　{
　　    Foo() : PI(3.15) {} // PI is initialized by initializer list
　　    const int c = 100; //C++11 support
　　    const float PI;
　　};
　　[2] 修饰成员函数：表示该成员函数是只读函数，不会修改默认参数this的成员变量，如果修改会编译报错。
　　
　　class Foo
　　{
　　    int m_money;
　　public:
　　    int get_money() const //✅
　　    {
　　        return m_money;
　　    }
　　
　　    int set_money(int money) const //❌
　　    {
　　        m_money = money; //修改了this->m_money;需去掉函数const修饰
　　    }
　　};
　　[3] 修饰引用：引用是C++才有的语法特征，引用是别名，本质上跟指针差不多，所以const修饰引用跟修饰指针的语义和约束差不多。
　　
　　Foo f;
　　const Foo& r = f;
　　r.m_data = 1; //compile error
　　[4] C++中对const修饰指针的补充
　　
　　struct Foo
　　{
　　 int const_member_function() const { return m_data; }
　　 int non_const_member_function(int data) { m_data = data; }
　　 int m_data;
　　};
　　
　　int main()
　　{
　　 const Foo* f = new Foo;
　　 f->const_member_function(); //OK
　　 f->non_const_member_function(); //compile ERROR
　　 return 0;
　　}
　　为什么呢?因为const成员函数相当于承诺不会修改this的成员变量，而该承诺会被编译器检查，如果没有履行承诺，则编译器会报错。而const Foo* f意味着不能通过f去修改f指针指向变量的内部值。
　　
　　通过f->data = 1的方式肯定是不行。
　　
　　另一方面，你只能通过f去调用它的const成员函数，因为const成员函数的语义就是不会修改this的值，编译器很容易执行这个校验。
　　
　　const修饰参数
　　
　　const可以修饰普通参数，也可以修饰指针/引用参数，因为形参是实参的副本，所以const修饰普通参数其实没什么意义，我们着重讲讲const修饰指针/引用参数。
　　
　　比如标准C库函数strcpy的签名：char *strcpy(char * dst, const char * src);
　　
　　dst表示目标地址，src表示源串，const修饰了源串，这是因为从源串拷贝到目标串，不需要修改源串内容，这相当于向strcpy调用者承诺：
　　
　　放心大胆的调用吧，strcpy函数实现保证不会修改src的内容，编译器会执行这种检查。
　　
　　这样，在review代码的时候，如果想追踪src在哪里被修改了，当看到strcpy的签名，就不用打开函数去看实现，只要不违背承诺，肯定不是这个函数内改动了src。
　　
　　const char *src是一种承诺，也是一种约束。调用的地方，const char*形式的形参，既传const char*实参，也可以传char*实参，因为参数const char*是更强的承诺。
　　
　　但反之不成立。比如第一个参数dst是不带const的，那么如果有一个变量类型为const char* p，那不能把p作为第一个参数传递进strcpy，编译不过。
　　
　　因为strcpy不承诺不修改dst，是一个更弱的承诺，只有声明为const指针的参数，才能传递const指针实参。
　　
　　const其他
　　
　　const还可以修饰返回值，还可以跟extern结合，但这些都是一些小语法技巧，一般开发用不太到，真碰到再查不迟。
　　
　　二、const_cast
　　const_cast有什么用?
　　
　　const是C++的一个强制转换，它用来去掉const属性，比如：
　　
　　Foo foo;
　　const Foo *f1 = &foo;
　　Foo* f2 = const_cast<Foo*>(f);
　　Foo* f3 = (Foo*)f;
　　const_cast的作用跟强转差不多，C++加const_cast主要是为了功能完整性，const_cast作用于引用跟作用于指针差不多。
　　
　　为什么说const_cast几乎都反应接口设计有问题
　　
　　程序设计要言行一致，遵守承诺，这意味着：不应该把参数声明为const指针，而函数实现里借助强制去掉const属性。
　　
　　首先，这样做是危险的，比如const char* p = "abc"; p指向常量字符串被作为参数传递，被强转+修改，则会导致程序crash。
　　
　　其次，这样做是分裂的，因为你加const修饰相当于让编译器帮你执行检查，以便在你违背承诺的时候通过编译期检查报错提醒你，但在它真正向你报错的时候，你又说别管啦，老子就是要蛮干。
　　
　　const_cast或者通过c风格强转，基本上都暴露出设计上的问题。
　　
　　设计良好的程序基本上不需要const强转。因为const约束在调用链会传播，所以，你需要一以贯之的遵守约定，找到导致需要const强转的错误源头，这可能会多费一点时间，但它是值得的。
　　
　　三、constexpr
　　const没有区分编译期常量和运行期常量，constexpr是C++11开始提出的关键字，被限定为编译器常量，其意义与14版本有一些区别。
　　
　　C++11中的constexpr指定的函数返回值和参数必须要保证是字面值，而且必须有且只有一行return代码，这给函数的设计者带来了更多的限制，比如通常只能通过return 三目运算符+递归来计算返回的字面值。
　　
　　而C++14中只要保证返回值和参数是字面值就行了，函数体中可以加入更多的语句，方便了更灵活的计算。
　　
　　这里我们主要讲constexpr和const的区别。
　　
　　constexpr可以用来修饰变量、函数、构造函数。一旦以上任何元素被constexpr修饰，那么等于说是告诉编译器 “请大胆地将我看成编译时就能得出常量值的表达式去优化我”。
　　
　　constexpr func()
　　{
　　 return 10;
　　}
　　
　　int main()
　　{
　　 int arr[func()];
　　}
　　编译期大胆地将func()做了优化，在编译期就确定了func计算出的值10而无需等到运行时再去计算。
　　
　　这就是constexpr的第一个作用：给编译器足够的信心在编译期去做被constexpr修饰的表达式的优化。
　　
　　constexpr还有另外一个特性，虽然它本身的作用之一就是希望程序员能给编译器做优化的信心，但它却猜到了自己可能会被程序员欺骗，而编译器并不会对此“恼羞成怒”中止编译。
　　
　　四、结论
　　C/C++程序应该积极的使用const/constexpr，什么叫积极使用?只要有可能，那么我们就应该用const/constexpr。
　　
　　只要可能就应该用xx，这种话一般而言都是错的，但用在const/constexpr却很正确，因为使用const/constexpr基本上都会让你的程序更健壮、更快，const修饰的整型变量，在gcc开优化选项的时候，有可能被直接编译到汇编代码指令，而非生成一个变量，而constexpr的优化作用在前面一节已经阐述。
　　
　　与之对应的是：只要有可能，就不要使用const_cast，它基本上都反映了接口设计上的问题。
　　
　　就酱，信不信随你!

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