常值 - 语言基础

C++ 定义了一套完善的只读量定义方法，被常量修饰符 `const` 修饰的对象或类型都是只读量，只读量的内存存储与一般变量没有任何区别，但是编译器会在编译期进行冲突检查，避免对只读量的修改。因此合理使用 `const` 修饰符可以增加代码健壮性。

## 常类型

在类型的名字前增加 const 修饰会将该类型的变量标记为不可变的。具体使用情况有常量和常引用（指针）两种。

### 常量

这里的常量即常变量，指的是 const 类型的变量（而不是标题里泛指的只读量）。常类型量在声明之后便不可重新赋值，也不可访问其可变成员，只能访问其常成员。常成员的定义见后文。

### "类型限定符"
> C++ 中类型限定符一共有三种：常量（const）、可变（mutable）和易变（volatile），其中默认情况下是可变变量，声明易变变量的情形是为了刻意避免编译器优化。

```cpp
const int a = 0;	// a 的类型为 const int

// a = 1; // 报错，不能修改常量
```

### 常引用、常指针

常引用和常指针也与常量类似，但区别在于他们是限制了访问，而没有更改原变量的类型。

```cpp
int a = 0;
const int b = 0;

int *p1 = &a;
*p1 = 1;
const int *p2 = &a;
// *p2 = 2; // 报错，不能通过常指针修改变量
// int *p3 = &b; // 报错，不能用普通指针指向 const 变量
const int *p4 = &b;

int &r1 = a;
r1 = 1;
const int &r2 = a;
// r2 = 2; // 报错，不能通过常引用修改变量
// int &p3 = b; // 报错，不能用普通引用指向 const 变量
const int &r4 = b;
```

另外需要区分开的是“常类型指针”和“常指针变量”（即常指针、指针常量），例如下列声明

```cpp
int* const p1;				// 类型为int的常指针，需要初始化
const int* p2;				// 类型为const int的指针
const int* const p3;	// 类型为const int的常指针

int (*f1)(int);	// 普通的函数指针
// int (const *f2)(int); // 指向常函数的指针，不可行
int (*const f3)(int) = some_func;	// 指向函数的常指针，需要初始化
int const* (*f4)(int);						 // 指向返回常指针的函数指针
int const* (*const f5)(int) = some_func;	// 指向返回常指针的函数的常指针
```

我们把常类型指针又称 **底层指针** 、常指针变量又称 **顶层指针** 。

另外，C++ 中还提供了 `const_cast` 运算符来强行去掉或者增加引用或指针类型的 const 限定，不到万不得已的时候请不要使用这个关键字。

### 常参数

在函数参数里限定参数为常类型可以避免在类型里意外修改参数，该方法通常用于引用参数。此外，在类型参数中添加 const 修饰符还能增加代码可读性，能区分输入和输出参数。

```cpp
void sum(const std::vector<int> &data, int &total) {
	for (auto iter = data.begin(); iter != data.end(); ++iter)
		total += *iter;	// iter 是 const 迭代器，解引用后的类型是 const int
}
```

## 常成员

常成员指的是类型中被 const 修饰的成员，常成员可以用来限制对常对象的修改。其中，常成员变量与常量声明相同，而常成员函数声明方法为在成员函数声明的 **末尾** （参数列表的右括号的右边）添加 const 修饰符。

```cpp
// 常成员的例子
struct X {
	X();
	const int* p;	// 类型为 int* 的常成员
	int* const q;	// 类型为 const int* 的可变成员

const int r() const;
	// 第一个 const 修饰返回值，而最后的 const 修饰的是这个成员函数。
};

X a;
*(a.p)++;	// 可行
// *(a.q)++; // 报错，不可修改 const int 类型变量

// 常成员函数的例子
const std::vector<int> c{1, 2};
// c.push_back(3); // 报错，不可访问常量的可变成员
// vector::push_back() 不是常成员
int s = c.size();	// vector::size() 是常成员，可以访问
```

## 常表达式 constexpr（C++11）

constexpr 说明符的作用是声明可以在编译时求得函数或变量的值，它的行为和 C 语言中的 const 关键字是一致的，会将变量结果直接编译到栈空间中。constexpr 还可以用来替换宏定义的常量，规避 [宏定义的风险](./basic.md#define) 。constexpr 修饰的是变量和函数，而 const 修饰的是类型。

> 实际上把 const 理解成 **"readonly"** ，而把 constexpr 理解成 **"const"** 更加直观。

```cpp
constexpr int a = 10;	// 直接定义常量

constexpr int FivePlus(int x) { return 5 + x; }

void test(const int x) {
	std::array<x> c1;						// 错误，x在编译期不可知
	std::array<FivePlus(6)> c2;	// 可行，FivePlus编译期可以推断
}
```

## 参考资料

-	[C++ 关键字——const](https://zh.cppreference.com/w/cpp/keyword/const) 
-	[C++ 关键字——constexpr](https://zh.cppreference.com/w/cpp/keyword/constexpr)

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