C++中const的實現(xiàn)原理是什么

這篇文章主要介紹“C++中const的實現(xiàn)原理是什么”，在日常操作中，相信很多人在C++中const的實現(xiàn)原理是什么問題上存在疑惑，小編查閱了各式資料，整理出簡單好用的操作方法，希望對大家解答”C++中const的實現(xiàn)原理是什么”的疑惑有所幫助！接下來，請跟著小編一起來學習吧！

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1、什么是const? 
常類型是指使用類型修飾符const說明的類型，常類型的變量或?qū)ο蟮闹凳遣荒鼙桓碌?。（當然，我們可以偷梁換柱進行更新：） 

2、為什么引入const？ 
const 推出的初始目的，正是為了取代預編譯指令，消除它的缺點，同時繼承它的優(yōu)點。 

3、cons有什么主要的作用？ 

（1）可以定義const常量，具有不可變性。 例如： 
const int Max=100; int Array[Max]; 

（2）便于進行類型檢查，使編譯器對處理內(nèi)容有更多了解，消除了一些隱患。例如： void f(const int i) { .........} 編譯器就會知道i是一個常量，不允許修改； （3）可以避免意義模糊的數(shù)字出現(xiàn)，同樣可以很方便地進行參數(shù)的調(diào)整和修改。 同宏定義一樣，可以做到不變則已，一變都變！如（1）中，如果想修改Max的內(nèi)容，只需要：const int Max=you want;即可！ 

（4）可以保護被修飾的東西，防止意外的修改，增強程序的健壯性。 還是上面的例子，如果在函數(shù)體內(nèi)修改了i，編譯器就會報錯； 例如： 
void f(const int i) { i=10;//error! } 

（5） 為函數(shù)重載提供了一個參考。 
class A { ...... 
void f(int i) {......} //一個函數(shù) 
void f(int i) const {......} //上一個函數(shù)的重載 ...... 
}; 

（6） 可以節(jié)省空間，避免不必要的內(nèi)存分配。 例如： 
#define PI 3.14159 //常量宏 
const doulbe Pi=3.14159; //此時并未將Pi放入ROM中 ...... 
double i=Pi; //此時為Pi分配內(nèi)存，以后不再分配！ 
double I=PI; //編譯期間進行宏替換，分配內(nèi)存 
double j=Pi; //沒有內(nèi)存分配 
double J=PI; //再進行宏替換，又一次分配內(nèi)存！ 
const定義常量從匯編的角度來看，只是給出了對應的內(nèi)存地址，而不是象#define一樣給出的是立即數(shù)，所以，const定義的常量在程序運行過程中只有一份拷貝，而#define定義的常量在內(nèi)存中有若干個拷貝。 

（7） 提高了效率。 編譯器通常不為普通const常量分配存儲空間，而是將它們保存在符號表中，這使得它成為一個編譯期間的常量，沒有了存儲與讀內(nèi)存的操作，使得它的效率也很高。 

4、如何使用const？ 

（1）修飾一般常量 一般常量是指簡單類型的常量。這種常量在定義時，修飾符const可以用在類型說明符前，也可以用在類型說明符后。 例如： 
int const x=2; 或 const int x=2; 

（2）修飾常數(shù)組 定義或說明一個常數(shù)組可采用如下格式：  
int const a[5]={1, 2, 3, 4, 5};  
const int a[5]={1, 2, 3, 4, 5}; 

（3）修飾常對象 常對象是指對象常量，定義格式如下： 
class A; const A a; 
A const a; 定義常對象時，同樣要進行初始化，并且該對象不能再被更新，修飾符const可以放在類名后面，也可以放在類名前面。  

（4）修飾常指針 
const int *A; //const修飾指向的對象，A可變，A指向的對象不可變 
int const *A; //const修飾指向的對象，A可變，A指向的對象不可變 
int *const A; //const修飾指針A， A不可變，A指向的對象可變 
const int *const A;//指針A和A指向的對象都不可變 

（5）修飾常引用 使用const修飾符也可以說明引用，被說明的引用為常引用，該引用所引用的對象不能被更新。其定義格式如下：  
const double & v;  

（6）修飾函數(shù)的常參數(shù) const修飾符也可以修飾函數(shù)的傳遞參數(shù)，格式如下： 
void Fun(const int Var); 告訴編譯器Var在函數(shù)體中的無法改變，從而防止了使用者的一些無意的或錯誤的修改。 

（7）修飾函數(shù)的返回值： const修飾符也可以修飾函數(shù)的返回值，是返回值不可被改變，格式如下： 
const int Fun1(); const MyClass Fun2(); 

（8）修飾類的成員函數(shù)： const修飾符也可以修飾類的成員函數(shù)，格式如下： 
class ClassName { 
public:  
int Fun() const; ..... 
}；
這樣，在調(diào)用函數(shù)Fun時就不能修改類里面的數(shù)據(jù) 

（9）在另一連接文件中引用const常量 
extern const int i;//正確的引用 
extern const int j=10;//錯誤！常量不可以被再次賦值 另外，還要注意，常量必須初始化！ 例如： const int i=5; 

所謂C++編譯器，C++編譯器是C++中的一個與標準化高度兼容的編譯環(huán)境，編譯器對不同的CPU會進行不同的優(yōu)化，下面說明C++編譯器進行Const常量分配存儲空間的說明介紹。

Const 是C++中常用的類型修飾符，有某些微妙的應用場合，如果沒有搞清本源，則錯誤在所難免。本篇中將對const進行辨析。溯其本源，究其實質(zhì)，希望能對大家理解const有所幫助，根據(jù)思維的承接關系，分為如下幾個部分進行闡述。C++的提出者當初是基于什么樣的目的引入（或者說保留）const關鍵字呢？，這是一個有趣又有益的話題，對理解const很有幫助。

1． 大家知道，C++有一個類型嚴格的編譯系統(tǒng)，這使得C++程序的錯誤在編譯階段即可發(fā)現(xiàn)許多，從而使得出錯率大為減少，因此，也成為了C++與C相比，有著突出優(yōu)點的一個方面。

2． C++中很常見的預處理指令 #define VariableName VariableValue 可以很方便地進行值替代，這種值替代至少在三個方面優(yōu)點突出：一是避免了意義模糊的數(shù)字出現(xiàn)，使得程序語義流暢清晰。

二是可以很方便地進行參數(shù)的調(diào)整與修改，如上例，當人數(shù)由107變?yōu)?01時，進改動此處即可，三是提高了程序的執(zhí)行效率，由于使用了預編譯器進行值替代，并不需要為這些常量分配存儲空間，所以執(zhí)行的效率較高。鑒于以上的優(yōu)點，這種預定義指令的使用在程序中隨處可見。

3． 說到這里，大家可能會迷惑上述的1點、2點與const有什么關系呢?,好，請接著向下看來：

預處理語句雖然有以上的許多優(yōu)點，但它有個比較致命的缺點，即，預處理語句僅僅只是簡單值替代，缺乏類型的檢測機制。這樣預處理語句就不能享受C++嚴格類型檢查的好處，從而可能成為引發(fā)一系列錯誤的隱患。

4．好了，第一階段結(jié)論出來了：

結(jié)論： Const 推出的初始目的，正是為了取代預編譯指令，消除它的缺點，同時繼承它的優(yōu)點。

現(xiàn)在它的形式變成了：

Const DataType VariableName = VariableValue ;為什么const能很好地取代預定義語句？const 到底有什么大神通，使它可以振臂一揮取代預定義語句呢？

1． 首先，以const 修飾的常量值，具有不可變性，這是它能取代預定義語句的基礎。

2． 第二，很明顯，它也同樣可以避免意義模糊的數(shù)字出現(xiàn)，同樣可以很方便地進行參數(shù)的調(diào)整和修改。

3． 第三，C++的編譯器通常不為普通const常量分配存儲空間，而是將它們保存在符號表中，這使得它成為一個編譯期間的常量，沒有了存儲與讀內(nèi)存的操作，使得它的效率也很高，同時，這也是它取代預定義語句的重要基礎。

這里，我要提一下，為什么說這一點是也是它能取代預定義語句的基礎，這是因為，編譯器不會去讀存儲的內(nèi)容，如果編譯器為const分配了存儲空間，它就不能夠成為一個編譯期間的常量了。

4． 最后，const定義也像一個普通的變量定義一樣，它會由編譯器對它進行類型的檢測，消除了預定義語句的隱患。

我們也許學習過const的使用，但是對于const的細致的技術(shù)細節(jié)卻不一定掌握。const的用法在許多的教材上只是簡單的介紹，在這里我們對 const進行細致的概念以及用法剖析。const 是由c++采用，并加進標準c中，但是他們的意義完全不同，在舊版本(標準前)的c中，如果想建立一個常量，必須使用預處理器：
#define PI 3.14159

此后無論在何處使用PI，都會被預處理器以3.14159替代。編譯器不對PI進行類型檢查，也就是說可以不受限制的建立宏并用它來替代值，如果使用不慎，很可能由預處理引入錯誤，這些錯誤往往很難發(fā)現(xiàn)。

我們也不能得到PI的地址（即不能向PI傳遞指針和引用）。
c++引入了命名常量的概念，命名常量就像變量一樣，只是它的值不能改變，如果試圖改變一個const 對象，編譯器將會產(chǎn)生錯誤。 const 和正常變量一樣有作用域，所以函數(shù)內(nèi)部的const也不會影響程序的其余部分。在c++中const可以取代預處理器#define來進行值替代， const有安全的類型檢查，所以不用擔心會像預處理器一樣引入錯誤。

在通常的情況下const同預處理器#define一樣只是將所賦值保存入編譯器的符號表中（符號表僅僅在編譯時存在，在編譯過程中編譯器將程序中的名字與之在符號表中定義的數(shù)值作簡單的替換），在使用的時候進行值替換，并不為const創(chuàng)建存儲空間。我們將const的定義放進頭文件里，這樣通過包含頭文件，可以把const定義單獨放在一個地方并把它分配給一個編譯單元，const默認為內(nèi)部連接（內(nèi)部連接意味著只對正在編譯的文件創(chuàng)建存儲空間，別的文件可以使用相同的標示符和全局變量，編譯器不會發(fā)現(xiàn)沖突，外部連接意味著為所有被編譯過的文件創(chuàng)建一片單獨的存儲空間，一般全局變量和函數(shù)名的外部連接通過extern聲明，可以通過其他的文件訪問）也就是說const僅能被它所定義過的文件訪問，在定義一個const時，必須賦一個值給它，除非用extern做出說明：

extern const int a;

這表示const的定義在其他的什么地方，這里僅僅是一個聲明，但是這樣的做法使const使用了外部連接，也就是說上面的extern強制進行了對const的存儲空間分配，這樣我們就無法再用const作為常量折疊（在可能的情況下，符號常量的值會代替改名字的出現(xiàn)，這個替代過程叫做常量折疊）使用了，即使我們在其他地方定義了const的值,如：

extern const int a=3;

因為const的值被放入了存儲單元，在編譯的過程中，編譯器不會去讀存儲單元的內(nèi)容。如果我們這樣做：

int b[a];

編譯器就會給我們一個錯誤信息。

想不為const分配存儲空間是不可能的，因為對于復雜的結(jié)構(gòu)，例如集合，編譯器不會復雜到將集合保存到它的符號表中，所以必須分配內(nèi)存空間，這就意味著“這是一塊不能改變的存儲空間”，當然也就不能在編譯期間使用它的值，因為編譯器不知道存儲的內(nèi)容：

const int i[]={1,2,3,4};

//float f[i[2]];
//將得到錯誤信息，編譯器提示不能在數(shù)組定義里找到一個常數(shù)表達式。

因為編譯器靠移動棧指針來存儲和讀取數(shù)據(jù)。
也因此，由于無法避免為const分配內(nèi)存，所以const的定義必須默認為內(nèi)部連接，否則由于眾多的const在多個文件中分配內(nèi)存，就會引起錯誤。下面我們看一段簡單有效的代碼來說明const的常量折疊：

復制代碼 代碼如下:

#include <iostream.h>
const int a=3;
const int b=a+1;
float *f=(float*)&b;
char c[b+3];
void main()
{
const char gc=cin.get();
const char c2=gc+3;
}

我們可以看到，a是一個編譯器期間的const，b是從a中計算出來的，由于a是一個const，b的計算值來自一個常數(shù)表達式，而它自身也是一個編譯器間的const，接著下面指針f取得了b的地址，所以迫使編譯器給b分配了存儲空間，不過即使分配了存儲空間，由于編譯器已經(jīng)知道了b的值,所以仍然不妨礙在決定數(shù)組c的大小時使用b。

在主函數(shù)main()里，標識符gc的值在編譯期間是不知道的，這也意味著需要存儲空間，但是初始化要在定義點進行，而且一旦初始化，其值就不能改變，我們發(fā)現(xiàn)c2是由gc計算出來的，它的作用域與其他類型const的作用域是一樣的，這是對#define用法的一種改進。

在c++引進常量的時候，標準c也引入了const，但是在c中const的意思和在c++中有很大不同，在c中const的意思是“一個不能改變的普通變量”，const常量總是被分配存儲空間而且它的名字是全局符即const使用外部連接。于是在c中：

const int size=100;
char c[size];

得出一個錯誤。但是在c中可以這樣寫：

const int size;

因為c中的const被默認為外部連接，所以這樣做是合理的。
在c語言中使用限定符const不是很有用，如果希望在常數(shù)表達式里（必須在編譯期間被求值）使用一個已命名的值，必須使用預處理器#define。

在c++中可以使指針成為const，這很有用，如果以后想在程序代碼中改變const這種指針的使用，編譯器將給出通知，這樣大大提高了安全性。在用帶有const的指針時，我們有兩種選擇：const修飾指針指向的對象，或者const修飾指針自己指向的存儲空間。

如果要使指向的對象不發(fā)生改變，則需要這樣寫：

const int *p;

這里p是一個指向const int 的指針，它不需要初始化，因為p可以指向任何標識符，它自己并不是一個const，但是它所指的值是不能改變的，同樣的，我們可以這樣寫：

int const *p;

這兩種方法是等同的，依據(jù)個人習慣以及編碼風格不同，程序員自己決定使用哪一種形式。
如果希望使指針成為一個const必須將const標明的部分放在*右邊。

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

編譯器要求給它一個初始值，這個值在指針的生命期間內(nèi)不變，也就是說指針始終指向a的地址，不過要改變它地址中的值是可以的：

*j+=4;

也可以是一個const指針指向一個const對象：
const int *j1=&a;
int const *j2=&a;

這樣指針和對象都不能改變，這兩種形式同樣是等同的。在賦值的的時候需要注意，我們可以將一個非const的對象地址賦給一個const指針，但是不能將一個const對象地址賦給一個非const指針，因為這樣可能通過被賦值的指針改變對象的值，當然也可以用類型的強制轉(zhuǎn)換來進行const對象的賦值，但是這樣做打破了const提供的安全性。

const也被用于限定函數(shù)參數(shù)和函數(shù)的返回值，如果函數(shù)參數(shù)是按值傳遞時，即表示變量的初值不會被函數(shù)改變，如果函數(shù)的返回值為const那么對于內(nèi)部類型來說按值返回的是否是一個cosnt是無關緊要的，編譯器不讓它成為一個左值，因為它是一個值而不是一個變量，所以使用const是多余的，例如：
const int f(){return 1;}
void main(){int a=f();}

但是當處理用戶定義類型的時候，按值返回常量就很有意義了，這時候函數(shù)的返回值不能被直接賦值也不能被修改。僅僅是非const返回值能作為一個左值使用，但是這往往失去意義，因為函數(shù)返回值在使用時通常保存為一個臨時量，臨時量被作為左值使用并修改后，編譯器將臨時量清除。結(jié)果丟失了所有的修改。
可以用const限定傳遞或返回一個地址（即一個指針或一個引用）：

復制代碼 代碼如下:

const int * const func(const int *p)
{ static int a=*p;
return &a;
}

參數(shù)內(nèi)的const限定指針p指向的數(shù)據(jù)不能被改變，此后p的值被賦給靜態(tài)變量a,然后將a的地址返回，這里a是一個靜態(tài)變量，在函數(shù)運行結(jié)束后，它的生命期并沒有結(jié)束，所以可以將它的地址返回。因為函數(shù)返回一個const int* 型，所以函數(shù)func的返回值不可以賦給一個非指向const的指針，但它同時接受一個const int * const和一個const int *指針，這是因為在函數(shù)返回時產(chǎn)生一個const臨時指針用以存放a的地址，所以自動產(chǎn)生了這種原始變量不能被改變的約定，于是*右邊的const只有當作左值使用時才有意義。

const同樣運用于類中，但是它的意義又有所不同，我們可以創(chuàng)建const的數(shù)據(jù)成員，const的成員函數(shù)，甚至是const的對象，但是保持類的對象為const比較復雜，所以const對象只能調(diào)用const成員函數(shù)。

const的數(shù)據(jù)成員在類的每一個對象中分配存儲，并且一旦初始化這個值在對象的生命期內(nèi)是一個常量，因此在類中建立一個const數(shù)據(jù)成員時，初始化工作必須在構(gòu)造函數(shù)初始化列表中。如果我們希望創(chuàng)建一個有編譯期間的常量成員，這就需要在該常量成員的前面使用static限定符，這樣所有的對象都僅有一個實例：

復制代碼 代碼如下:

class X
{
static const int size=50;
int a[size];
public:
X();
};

const對象只能調(diào)用const成員函數(shù)，一個普通對象同樣可以調(diào)用const成員函數(shù)，因此，const成員函數(shù)更具有一般性，但是成員函數(shù)不會默認為const。聲明一個const成員函數(shù)，需要將const限定符放在函數(shù)名的后面：

void f (void ) const;

當我們運用const成員函數(shù)時，遇到需要改變數(shù)據(jù)成員，可以用mutable進行特別的指定：

復制代碼 代碼如下:

class X
{
mutable int i;
public:
X();
void nochange() const;
};

void X::nochange const(){i++;}
const消除了預處理器的值替代的不良影響，并且提供了良好的類型檢查形式和安全性，在可能的地方盡可能的使用const對我們的編程有很大的幫助。

到此，關于“C++中const的實現(xiàn)原理是什么”的學習就結(jié)束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實踐的搭配能更好的幫助大家學習，快去試試吧！若想繼續(xù)學習更多相關知識，請繼續(xù)關注創(chuàng)新互聯(lián)網(wǎng)站，小編會繼續(xù)努力為大家?guī)砀鄬嵱玫奈恼拢?/p>

本文題目：C++中const的實現(xiàn)原理是什么
URL地址：http://muchs.cn/article48/ighhep.html

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