Shuffy

const令人贊嘆之處就是：你可以通過它來指定一個語義上的約束（一個特定的不能夠更改的對象）這一約束由編譯器來保證。通過一個const，你可以告訴編譯器和其他程序員，你的程序中有一個數值需要保持恒定不變。不管何時，當你需要這樣一個數時，你都應該這樣做，這樣你便可以讓編譯器來協助你確保這一約束不被破壞。

const 關鍵字的用途十分廣泛。在類的外部，你可以定義全局的或者名字空間域的常量，也可以通過添加 static 關鍵字來定義文件、函數、或者程序塊域的對象。在類的內部，你可以使用它來定義靜態的或者非靜態的數據成員。對于指針，你可以制定一個指針是否是 const 的，其所指的數據是否是 const 的，或者兩者都是 const ，或者兩者都不是。

這樣的語法看上去反復無常，實際上并不是這樣。如果 const 關鍵字出現在星號的左邊，那么指針所指向的就是一個常量；如果 const 出現在星號的右邊，那么指針本身就是一個常量；如果 const 同時出現在星號的兩邊，那么兩者就都是常量。

當所指向的為常量時，一些程序員喜歡把 const 放在類型之前；其他一些人則喜歡放在類型后邊，但要在星號的前邊。這兩種做法沒有什么本質的區別，所以下邊給出的兩個函數聲明的參數表實際上是相同的：

由于這兩種形式在實際代碼中都會遇到，所以你都要適應。

STL 迭代器是依照指針模型創建的， 所以說一個 iterator 更加像一個指向 T* 的指針。把一個 iterator 聲明為 const 的更像是聲明一個 const 的指針（也就是聲明一個指向 T* const 的指針）： iterator 不允許指向不同類型的內容，但是其所指向的內容可以被修改。如果你希望一個迭代器指向某些不能被修改的內容（也就是指向 const T* 的指針），此時你需要一個 const_iterator ：

const 在函數聲明方面還有一些強大的用途。在一個函數聲明的內部， const 可以應用在返回值、單個參數，對于成員函數，可以將其本身聲明為 const 的。

讓函數返回一個常量通常可以減少意外發生的可能，而且不用放棄考慮安全和效率問題。好比有理數乘法函數（ operator* ）的聲明，更多信息請參見第 24 項。

很多程序員在初次到這樣的代碼時都不會正眼看一下。為什么 operator* 要返回一個 c onst 對象呢？這是因為如果不是這樣，客戶端將會遇到一些不愉快的狀況，比如：

我不知道為什么一些程序員會企圖為兩個數 的乘積賦值，但是我確實知道好多程序員的初衷并非如此。他們也許僅僅在錄入的時候出了個小差錯（他們的本意也許是一個布爾型的表達式）：

顯而易見，如果 a 和 b 是內建數據類型，那么這樣的代碼就是非法的。避免與內建數據類型不必要的沖突，這是一個優秀的用戶自定義類型的設計標準之一（另請參見第 18 項），而允許為兩數乘積賦值這讓人看上去就很不必要。聲明 operator* 函數時如果讓其返回一個 const 型數據則可以避免這一沖突，這便是要這樣做的原因所在。

const 的參數沒有什么特別新鮮的——它們與局部 const 對象的行為基本一致，你在必要的時候要盡可能使用它們。除非你需要更改某個參數或者局部對象，其余的所有情況最好都聲明為 const 。這僅僅需要你多打六個字母，但是它可以使你從惱人的錯誤（比如我們剛才見到的“我本想打‘ == ’但是卻打了‘ = ’”）中解放出來。

const 成員函數

對成員函數使用 const 的目的是指明這些成員函數可以被 const 對象調用。這一類成員函數是很重要的，首先，它們使得類的接口更加易于理解。很有必要了解哪些函數可以修改而哪些不可以。其次，這些函數可以與 const 對象協同工作。這對于高效編碼是十分重要的一方面，這是由于（將在第 20 項中展開解釋）提高 C++ 程序性能的一條最基本的途徑就是：傳遞對象的 const 引用。使用這一技 術需要一個前提：這就是首先要有 const 成員函數存在，并且它們用于處理之前生成的 const 對象。

如果若干成員函數之間的區別僅僅為“是否是 const 的”，那么它們也可以被重載。很多人都忽略了這一點，但是這是 C++ 重要特征之一。請觀察下面的代碼，這是一個文字塊的類：

TextBlock 的 operator[] 可以這樣使用：

順便說一下，在真實的程序中， const 對象在大多數情況下都以“通過指針傳遞”或“引用一個 const ”的形式出現。 上面的 ctb 的例子純粹是人為的，而下面的例子在真實狀況中常會出現：

通過對 operator[] 的重載以及為每個版本提供不同類型的返回值，你便可以以不同的方式處理 const 的或者非 const 的 TextBlock ：

請注意，這一錯誤只與所調用的 operator[] 的返回值的類型有關，如果僅僅調用 operator[] 本身則不會出現任何問題。錯誤出現在：企圖為一個 const char& 賦值，而 const char& 則是 operator[] 的 const 版本的返回值類型。

同時還要注意的是，非 const 的 operator[] 的返回值類型是一個 char 的引用，而不是 char 本身。如果 operator[] 真的簡單的返回一個 char ，那么下面的語句將不能正確編譯：

這是因為，企圖修改一個返回內建數據類型的函數的返回值根本都是非法的。即使假設這樣做合法，而 C++ 是 通過傳值返回對象的，所修改的僅僅是由 tb.text[0] 復制出的一份副本，而不是 tb.text[0] 本身，你不會得到預期的效果。

讓我們暫停一小會兒，來考慮一下這里邊的哲學問題。把一個成員函數聲明為 const 的有什么涵義呢？這里有兩個流行的說法：按位恒定（也可叫做物理恒定）和邏輯恒定。

按位 恒定陣營堅信：當且僅當一個成員函數對于所有對象的數據成員（ static 數據成員除外）都不做出改動時，才需要將這一成員函數聲明為 const 的，換句話說，將成員函數聲明為 const 的條件是：成員函數不對對象內部做任何的改動。按位恒定的好處之一就是，它使得錯誤檢查便得更輕松：編譯器僅需要查找對數據成員的賦值。實際上，按位恒定就是 C++ 對于恒定的定義，如果一個 const 的成員函數調用了某個對象，那么即使該對象擁有非靜態數據成員，其所有數據成員也都是不可修改的。

不幸的是，大多數不完全是 const 的成員函數也可以通過按位恒定的檢驗。在特定的情況下，如果一個成員函數頻繁的修改一個指針所指的位置，那么我們說它就不是一個 const 的成員函數。但是只要這個指針存在于一個對象中，這個函數就是按位恒定的，這時候編譯器不會報錯。這樣會導致編成的行為不符合常規習慣。比如說，我們手頭有一個類似于 TextBlock 的類，其中保存著 char* 類型的數據而不是 string ，因為這段代碼有可能要與一些 C 語言的 API 交互，但是 C 語言中沒有 string 對象一說。

盡管 operator[] 返回一個對對象內部數據的引用，這個類仍（不恰當地）將其聲明為 const 的 成員函數（第 28 項將深入討論這個問題）。先忽略這個問題，請注意 operator[] 的實現中并沒有以任何形式修改 pText 。于是編譯器便會欣然接受這樣的做法，畢竟，所有的編譯器所檢查的是“代碼是否符合按位恒定規則”。但是請觀察，在編譯器的縱容下，還會有什么樣的事情發生：

當你創建了一個包含具體值的對象常量后，你僅僅通過對其調用 const 的成員函數，就可以改變它的值！這顯然是有問題的。

輯恒定應運而生。堅持這一宗旨的人們爭論道，一個 const 的成員函數可能對其調用的對象內部做出改動，但是僅僅以客戶端無法察覺的方式進行。比如說，你的 CTextBlock 類可能需要保存文字塊的長度，以便在需要的時候調用：

以上 length 的實現絕不是按位恒定的。這是因為 textLength 和 lengthIsValid 都可以改動。盡管看上去它應該對于 CTextBlock 對象常量可用，但是編譯器不答應。編譯器始終堅持遵守按位恒定。那么該怎么辦呢？

解決方法很簡單：利用 C++ 中 與 const 相關的靈活性，使用可變的（ mutable ）數據成員。 mutable 可以使非靜態數據成員不受按位恒定規則的約束：

避免 const 與非 const 成員函數之間的重復

mutable 對于“我不了解按位恒定”的情況不失為一個良好的解決方案，但是它對于所有的 const 難題并不能做到一勞永逸。舉例說， TextBlock （以及 CTextBlock ）中的 operator[] 不僅僅返回一個對恰當字符的引用，同時還要進行邊界檢查、記錄訪問信息，甚至還要進行數據完整性檢測。如果將所有這些統統放在 const 或非 const 函數（我們現在會得到過于冗長的隱式內聯函數，不過不要驚慌，在第 30 項中這個問題會得到解決）中，看看我們會得到什么樣的龐然大物：

噢！天哪，這讓人頭疼：重復代碼，以及隨之而來的編譯時間增長、維護成本增加、代碼膨脹、等等……當然，像邊界檢查這一類代碼是可以移走的，它們可以單獨放在一個成員函數（當然是私有的）中，然后讓這兩個版本的 operator[] 來調用它，但是你的代碼仍然有重復的函數調用，以及重復的 return 語句。

對于 operator[] 你真正需要的是：一次實現，兩次使用。也就是說，你需要一個版本的 operator[] 來調用另一個。這樣便可以通過轉型來消去函數的恒定性。

通常情況下轉型是一個壞主意，后邊我將專門用一項來告訴你為什么不要使用轉型（第 21 項），但是代碼重復也不會讓人感到有多輕松。在這種情況下， const 版的 operator[] 與非 const 版的 operator[] 所做的事情完全相同，不同的僅僅是它的返回值是 const 的。通過轉型來消去返回值的恒定性是安全的，這是因為任何人調用這一非 const 的 operator[] 首先必須擁有一個非 const 的對象，否則它就不能調用非 const 函數。所以盡管需要一次轉型，在 const 的 operator[] 中調用非 const 版本，可以安全地避免代碼重復。下面是實例代碼，讀完后邊的文字解說你會更明了。

就像你所看到的，上面的代碼進行了兩次轉型，而不是一次。我們要讓非 const 的 operator[] 去調用 const 版本的，但是如果在非 const 的 operator[] 的內部，我們只調用 operator[] 而不標明 const ，那么函數將對自己進行遞歸調用。那將是成千上萬次的毫無意義的操作。為了避免無窮遞歸的出現，我們必須要指明我們要調用的是 const 版本的 operator[] ，但是手頭并沒有直接的辦法。我們可以用 *this 從 TextBlock& 轉型到 const TextBlock& 來取代。是的，我們使用了一次轉型添加了一個 const ！這樣我們就進行了兩次轉型：一次為 *this 添加了 const （于是對于 operator[] 的調用將會正確地選擇 const 版本），第二次轉型消去了 const operator[] 返回值中的 const 。

添加 const 的那次轉型是為了保證轉換工作的安全性（從一個非 const 對象轉換為一個 const 的），這項工作的關鍵字是 static_cast 。消去 const 的工作只可以通過 const_cast 來完成，所以在這里我們實際上并沒有其他的選擇。（從技術上講，我們有。 C 語 言風格的轉型在這里也能工作，但是，就像我在第 27 項中所講的，這一類轉型在很多情況下都不是好的選擇。如果你對于 static_cast 和 const_cast 還不熟悉，第 27 項中有詳細的介紹。）

在眾多的示例中，我們最終選擇了一個運算符來進行演示，因此上面的語法顯得有些古怪。這些代碼可能不會贏得任何選美比賽，但是通過以 const 版本的形式實現非 const 版本的 operator[] ，可以避免代碼重復，這正是我們所期望的。為達到這一目標而寫下看似笨拙的代碼，這樣做是否值得全看你的選擇，但是，以 const 版本的形式來實現非 const 的成員函數——了解這一技術肯定是值得的。

更值得你了解的是按反方向完成上面的工作——通過讓 const 版本的函數調用非 const 版本來避免代碼重復——一定不要這樣做。請記住，一個 const 成員函數保證其對象永遠不會更改其邏輯狀態，但是一個非 const 的成員函數并沒有這一類的保證。如果你在一個 const 函數中調用了一個非 const 函數，曾保證不會被改動的對象就有被修改的風險。這就是為什么說讓一個 const 函數調用一個非 const 函數是錯誤的：對象有可能被修改。實際上，為了使代碼能夠得到編譯，你還需要使用一個 const_cast 來消去 *this 的 const 屬性，顯然這是不必要的麻煩。上一段中相反的調用次序才是安全的：非 const 成員函數可以對一個對象做任何想做的事情，因此調用一個 const 成員函數不會帶來任何風險。這就是為什么 static_cast 在沒有與 const 相關的危險的情況下可以正常工作的原因。

就像本項最開始所說的， const 是一個令人贊嘆的東西。對于指針和迭代器，以及指針、迭代器和引用所涉及的對象，函數的參數和返回值，局部變量，成員函數來說， const 都是一個強大的伙伴。只要可能就可以使用它。你會對你所做的事情感到高興的。

需要記住的

l 將一些東西聲明為 const 的可以幫助編譯器及時發現用法上的錯誤。 const 針對對象作用于所有的作用域，針對函數參數和返回值、成員函數作用于整體。

l 編譯器嚴格遵守按位恒定規則，但是你應該在需要時應用邏輯恒定。

l 當 const 和非 const 成員函數的實現在本質上相同時，可以通過使用一個非 const 版本來調用 const 版本來避免代碼重復。