目錄
- 1. 總結
- 2. const物件
- 3. const函式回傳值和函式引數
- 4. const成員函式
- const成員函式的重要性
- bitwise constness
- logical constness
- 5. 在const和non-const成員函式中避免重復
1. 總結
- const可用于任何作用域內的物件、函式引數、函式回傳值、成員函式自身，將這些內容宣告為const可幫助編譯器偵測出錯誤用法
- 對于const成員函式，C++編譯器強制要求bitwise constness，但在撰寫程式時應該使用"概念上的常量性"
- const成員函式可以修改被mutable關鍵字修飾的non-static成員變數
- 當const和non-const成員函式有著實質等價的函式體時，令non-const版本呼叫const版本可避免代碼重復，但絕對不能反過來呼叫
2. const物件
關鍵字const可以用于以下物件，
- 在class外部修飾global或namespace作用域中的常量
- 修飾區塊作用域（block scope）中被宣告為static的物件
- 修飾class內部的static和non-static成員變數
- 面對指標，根據“左數右指”口訣，可以指出指標自身、指標所指資料，或兩者都是（或都不是）const
STL迭代器以指標為根據塑模出來，所以STL迭代器的作用就像個T *指標，
- 宣告迭代器為const就像宣告指標為const一樣，即宣告一個T *const指標，迭代器本身不可修改，但其指向的資料可以被修改
- 如果希望迭代器所指向的資料不可修改，即宣告一個const T *指標，則需要使用const_iterator
std::vector<int> vec;
const std::vector<int>::iterator iter = vec.begin(); //iter相當于T *const指標
*iter = 10; //沒問題
++iter; //錯誤，iter不可修改
std::vector<int>::const_iterator const_iter = vec.begin(); //const_iter相當于const T *指標
*const_iter = 10; //錯誤，*const_iter不可修改
++const_iter; //沒問題
3. const函式回傳值和函式引數
const最具威力的用法是面對函式宣告時的應用，在一個函式宣告中，const可以和函式引數、函式回傳值、函式自身（如果是成員函式）產生關聯，
const用于函式引數只需記住一條原則：除非函式體中需要改動引數，否則就將它們宣告為const，
const用于函式回傳值，往往可以降低因使用錯誤而造成的意外，同時又不至于放棄安全性和高效性，舉個例子，看下面有理數類operator *的宣告，
class Rational { ... };
const Rational operator * (const Rational &lhs, const Rational &rhs);
Rational a, b, c;
(a * b) = c; //有意錯誤，對兩個數的乘積進行賦值，就好比1 = 2一樣
if (a * b = c) //無意錯誤，將==漏寫為=
- 如果a、b、c都是內置型別，上述代碼直接就是不合法
- 而對于多載了operator *的class，由于operator =的存在，如果不對回傳值使用const，編譯器就不會報錯
- 然而，一個良好的用戶自定義型別的特征是避免它們無端地與內置型別不兼容（見條款18）
- 因此，將operator *的回傳值宣告為const，就可以讓編譯器檢測出這種錯誤用法
4. const成員函式
const成員函式的重要性
將const用于成員函式的目的，是為了確認該成員函式可作用于const物件身上，const成員函式之所以重要，基于兩個理由，
- 它們使class介面比較容易被理解，可以很明顯的得知哪些函式可以改動物件而哪些函式不能
- 它們使操作const物件成為可能
第2條對于撰寫高效代碼是個關鍵，因為如條款20所述，改善C++程式效率的一個根本方法是以const參考的方式傳遞物件，
const參考的可能是const物件，而const物件只能呼叫const成員函式，
所以此技術可行的前提是，有const成員函式可用來處理取得的const物件；否則，就算能將const物件傳進來，也沒有辦法去處理它，
C++有一個重要特性：兩個成員函式如果只是常量性不同，則可以構成多載，即使它們的引數型別、引數個數、引數順序都完全一致，
基于這個特性，再結合上面提到的高效編碼技巧，就可以得出如下所示的介面設計，
class TextBlock
{
private:
std::string text;
public:
//用于const物件，由于const物件內容不允許修改，因此回傳值也加了const
const char &operator [] (std::size_t postion) const
{
return text[postion];
}
//用于non-const物件
char &operator [] (std::size_t postion)
{
return text[postion];
}
};
void print(const TextBlock &text)
{
std::cout << text[0];
}
TextBlock text;
const TextBlock const_text;
print(text); //呼叫char &operator [] ()
print(const_text); //呼叫const char &operator [] () const
bitwise constness
C++編譯器要求const成員函式不能更改物件內的任何non-static成員變數，簡單地說就是const成員函式中不能出現對non-static成員變數的賦值操作，
這種要求實質上是不能更改物件內的任何一個bit，因此叫做bitwise constness，
不幸的是，許多const成員函式雖然不完全具備const性質，但卻能通過C++編譯器的bitwise檢驗，更具體地說，就是：
- 從"概念上的常量性"來看，一個更改了指標指向資料的成員函式不能算是const成員函式
- 但如果只有指標隸屬于物件，那么稱此函式為bitwise constness不會引發編譯器異議
class TextBlock
{
private:
char *pText;
public:
char &operator [] (std::size_t postion) const
{
return pText[postion];
}
};
const TextBlock text("Hello"); //宣告一個const物件
char *pc = &text[0]; //呼叫const char &operator []取得一個指標，指向text的資料
*pc = 'J'; //通過pc指標將text的資料改為了"Jello"
上面這個class將operator []宣告為const成員函式，但卻回傳了一個reference指向物件內部資料，這種做法是錯誤的，條款28對此有深刻討論，我們暫時先忽略它，
從編譯器bitwise constness的角度看，上述代碼不存在任何問題，但你終究還是改變了const物件的值，這種情況匯出所謂的logical constness，
logical constness
logical constness指的是，const成員函式可以修改它所處理物件內的某些bits，但前提是用戶察覺不到這種修改，
要想在const成員函式中修改non-static成員變數，需要對這些成員變數使用mutable關鍵字，mutable可以去除non-static成員變數的bitwise constness約束，
class CTextBlock
{
private:
char *pText;
mutable std::size_t textLength; //最近一次計算的文本長度
mutable bool lengthIsValid; //目前的長度是否有效
public:
std::size_t length() const;
};
std::size_t CTextBlock::length() const
{
if (!lengthIsValid)
{
textLength = std::strlen(pText);
lengthIsValid = true;
}
return textLength;
}
length()的實作當然不是bitwise constness，因為textLength和lengthIsValid都可能被修改，但這兩個成員變數被修改對于const CTextBlock物件是可以接受的，
5. 在const和non-const成員函式中避免重復
現在我們對class TextBlock做一些修改，假設operator []不單只是回傳一個reference指向某字符，還執行邊界檢查、日志資料訪問、資料完整性檢驗等作業，
class TextBlock
{
private:
std::string text;
public:
//用于const物件，由于const物件內容不允許修改，因此回傳值也加了const
const char &operator [] (std::size_t postion) const
{
... //邊界檢查
... //日志資料訪問
... //資料完整性檢驗
return text[postion];
}
//用于non-const物件
char &operator [] (std::size_t postion)
{
... //邊界檢查
... //日志資料訪問
... //資料完整性檢驗
return text[postion];
}
};
operator[]的const和non-const版本中的代碼重復，可能會隨著編譯時間、持續維護、代碼膨脹等因素而成為令人頭痛的問題，
將重復代碼封裝到一個private函式中，并分別在兩個函式中呼叫它，不失為一個解決該問題的好辦法，但依然存在代碼重復，如函式呼叫、return陳述句，
真正最好的辦法是：先實作operator []的const版本，然后在non-const版本中呼叫它，如下示例代碼所示，這種方法有兩個技術要點，
- 先使用static_cast為*this添加const屬性
- 接下來呼叫const版本成員函式，并使用const_cast去除回傳值中的const，最后作為non-const函式的回傳值回傳
class TextBlock
{
private:
std::string text;
public:
//用于const物件，由于const物件內容不允許修改，因此回傳值也加了const
const char &operator [] (std::size_t postion) const
{
... //邊界檢查
... //日志資料訪問
... //資料完整性檢驗
return text[postion];
}
//用于non-const物件
char &operator [] (std::size_t postion)
{
const TextBlock &const_this = static_cast<const TextBlock &>(*this); //將自身從TextBlock &轉換為const TextBlock &
return const_cast<char &>(const_this[postion]); //呼叫const版本的operator []，并去除回傳值中的const屬性，然后回傳
}
};
注意，千萬不要令const版本呼叫ono-const版本來避免代碼重復，因為const版本呼叫non-const版本的唯一方法是去除自身的const屬性，這絕對不是個好事情，
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標籤：C++
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