C++ const限定符以及顶层const和底层const的案例详解

时间：2022-12-05

一、const限定符的作用

　　当我们在写程序的时候，想定义一种变量，它的值不会被改变，这时就可以用const限定符来定义变量，也可称它为常量，常量的定义必须要有初始值，否则编译错误。其实际例子是用一个变量来表示缓冲区的大小的时候。

　　对内置类型用const是比较通俗易懂的，其作用就是不能对用const定义了的变量进行修改(写)，但可以进行拷贝(读)。


const int bufSize = 512;    //正确
const int bufSize2;    //错误，const对象必须要初始化    
int buffer[bufSize];
 
const int a = 1;
int b = 2;
a = 3;    //错误，不能对常量进行赋值    
b = a;    //正确

二、const和引用

　　在我的理解中，引用就相当于一个常量，它在初始化时就已经与一个对象绑定在一起，之后就不能绑定其他对象，这种专一的品质非常值得我们学习。而当用const对引用进行定义时，它的作用就是说明该引用绑定的对象是一个常量，不能对该引用进行修改(事实上，常量引用绑定的对象不一定是常量，常量引用中的“常量”这两个字的意思其实是引用觉得其绑定的对象是一个常量，但该绑定的对象是变量也是合法的，下面通过代码详细说明)。


//非常量引用
int a = 0;
int &r = a;
r = 1;    //通过操作引用来对a赋值，此时相当于a=1
 
//常量引用绑定常量
const int b = 1;    //b是一个常量
const int &r2 = b;    //正确
r2 = 5;      //错误，不能对常量引用进行修改
b = 5;    //错误
 
//常量引用绑定变量
int c = 1;
const int &r3 = c;    //正确，常量引用也可以绑定变量
r3 = 5;    //错误，不可修改常量引用
int d = r3;    //正确，常量引用可读，该值为c
c = 5;    //正确，可修改变量
 
//非常量引用不可绑定常量
const int e = 1;
int &r4 = e;    //错误

　　以上四种情况已说明const和引用的关系，为何第四种情况中不可用非常量引用绑定常量呢，这是因为我们已经定义了e是一个不可修改的常量，假如我们用非常量引用成功绑定了它，并且可以通过修改引用来使e的值改变，这不就违背了e作为常量其值不可改变的理念了吗，所以第四种情况编译器是会报错的。

　　常量引用中的const的作用是针对引用绑定的对象的，指所绑定的对象是一个常量，这叫做底层const。

三、const和指针

　　引用不是一个对象，因此const不能针对引用起作用，只能对引用的绑定对象起作用。但指针是一个对象，所以指针和const之间有三种组合方式：1.常量指针，2.指向常量的指针，3.指向常量的常量指针，其三者作用如下代码所示。


//1、常量指针
//常量指针指向变量，即常量指针中的地址不能修改
int a = 1;
int b = 2;
int *const p = &a;    //正确，常量指针可以指向变量
p = &b;    //错误，常量指针中的地址值不能修改
*p = 2;    //正确，p的解引用是a的值，a是变量，可以修改该值
 
//2、指向常量的指针
//即指针中的地址可以修改，但指向的对象是常量不能用解引用修改值(实际上指向的对象可以是变量)
int c = 3;
const int d = 4;
int e = 5;
const int f = 6;
int const *p2 = &c;    //正确，指向常量的指针可以指向变量
const int *p3 = &d;    //正确，指向常量的指针指向常量
p2 = &e;    //正确，可以改变指向的地址
p3 = &f;     //正确
*p2 = 0;    //错误，虽然p2实际指向的是一个变量，但操作p2的解引用时p2把指向的对象看作常量，因此不能通过解引用来修改对象的值
c = 0;    //正确，不能通过p2的解引用修改c，但c自身是变量可以修改
*p3 = 0;    //错误，同理p2
f = 0;    //错误
 
//3、指向常量的常量指针
//即指针中的地址不可以修改，指向的对象是常量也不能用解引用修改值(实际上指向的对象可以是变量)
int g = 1;
const int h = 2;
const int *const p4 = &g;    //正确
const int *const p5 = &h;    //正确
p4 = &h;    //错误，不能修改值
*p4 = 0;    //错误，不能修改其解引用

　　对象的类型确定了对象的操作，因此指向常量的指针它的“常量”两字不是限制指针指向的对象必须是常量，而是限制了指针的解引用操作。因为指向常量的指针和常量引用一样，是一个自以为是的家伙，它认为自己指向的一定是一个常量，所以对指向常量的指针进行解引用，让指针认为在对一个常量进行修改，因此这是非法的行为。

四、顶层const和底层const

1、顶层const

　　何为顶层const，其定义为对象本身是一个常量，因此对一切的内置类型常量而言，所有的const都是顶层const，而对于指针而言，常量指针是顶层const，对于引用则没有顶层const的概念，以下代码都是顶层const。


const int a = 1;
const double val = 3.14;
const string str = “hello”;
int *const p = &a;

　　顶层const的对象一旦完成初始化，就不能修改其值，但可以作为被拷贝对象进行拷贝操作，如下代码所示。


const int b = 1;
b = 2;    //错误，顶层const不能修改值
int c = b;    //正确，顶层const可以被拷贝
int *const p2 = &b;
*p2 = 0;    //错误，实际指向的为常量，不能修改其解引用
p2 = &c;    //错误，顶层const不能修改值
 
int *const p3 = &c;
*p3 = 3;    //正确，实际指向的为变量，可以修改其解引用
 
const int *p4 = p2;    //正确，顶层const可以被拷贝
*p4 = 0;    //错误，p4是底层const(下面解释)，不能修改其解引用

　　有些朋友可能对const int *p3这句定义语句有疑问，其实它和int const *p3是一样的，都是指向常量的指针，也是一个底层const(下面介绍)，而以上代码说明顶层const对象不能修改，但可以被拷贝，因为被拷贝的过程中，是可以忽略顶层const的。

2、底层const

　　底层const这个概念只在指针和引用上有效，其定义是该指针指向或该引用绑定的对象是常量。因此指针可以有顶层const和底层const，而引用只有底层const。


int a = 0;
int const *p = &a;    //底层const
const int &r = a;    //底层const

　　很多朋友可能分不清一个指针到底是底层const还是顶层const，这里可以教大家一个方法，就是看变量名最近的声明符是什么，例如const int *p，最近的声明符是*，因此他是一个指针，第二个声明符才是const，因此他是一个指向常量的指针；又例如int *const p2，最近的声明符是const，因此p2是一个常量，第二个声明符才是*，因此它是一个常量指针。其实大家只要记住一个就行，各人有各人的方法，最紧要自己觉得好用啦。

　　了解了底层const，那么我们分析一下底层const可以进行哪些操作，以下为代码。


int a = 0;
const int b = 0;
int const *p = &a;    //底层const可以指向常量也可以指向变量，因为对于&a该类型可以从int*转换为const int*，因此可以说成对象被拷贝时可以忽略其顶层const
 
//对于引用的底层const，即是常量引用
const int &r = a;    //绑定一个变量
r = 0;    //错误，引用的底层const不可以修改值。
int c = r;  //正确
const int d = r;    //正确
int &r2 = r;    //错误
const int r3 = r;    //正确  
 
//对于指针的底层const，即指向常量的指针
//修改指针的值
p = &b;    //正确，指针的底层const可以修改值
*p = 2;    //错误，指针的底层const不可以修改解引用的值
 
//指针被拷贝
int *p2 = p;    //错误
int *const p3 = p;    //错误
int const *p4 = p;    //正确
const int *const p5 = p;    //正确，p5有顶层和底层const

　　对于引用的底层const，因为引用没有顶层const，对于它的操作特性，可以从它绑定了一个常量这个基础去理解，实际它不一定绑定常量，但在使用常量引用时要看成他始终绑定了一个常量，那么它的修改和被拷贝是否允许就比较清楚了。

　　对于指针的底层const，指针把自己指向的对象视为常量，所以我们修改解引用的值时相当于修改指向的那个常量对象的值，这是不允许的，所以编译器报错。但指针不是常量指针(没有顶层const)，因此可以修改指针的值(指向的对象可以改变)。当有底层const的指针用作被拷贝的对象是，其底层const就不能忽略了，拷入和拷出的对象必须都要有底层const才能对底层const指针进行拷贝操作。

对指针const限定符的总结：