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C++箴言:只要可能就用const

2016/08/19 13:52 [db:作者] 返回上一页

 关于 const 的一件美妙的事情是它允许你指定一种语义上的约束:一个特定的对象不应该被修改。而编译器将执行这一约束。它允许你通知编译器和其他程序员,某个值应该保持不变。如果确实如此,你就应该明确地表示出来,因为这样一来,你就可以谋取编译器的帮助,确定这个值不会被改变。

  关键字 const 非常多才多艺。在类的外部,你可以将它用于全局常量或命名空间常量,就像那些在文件、函数或模块范围内被声明为 static 的对象。在类的内部,你可以将它用于 static 和 non-static 数据成员上。对于指针,你可以指定这个指针本身是 const,或者它所指向的数据是 const,或者两者都是,或者都不是。

char greeting[] = "Hello";

char *p = greeting; // non-const pointer,
// non-const data

const char *p = greeting; // non-const pointer,
// const data

char * const p = greeting; // const pointer,
// non-const data

const char * const p = greeting; // const pointer,
// const data

  这样的语法本身其实并不像表面上那样反复无常。如果 const 出现在 * 左边,则指针指向的内容为常量;如果 const 出现在 * 右边,则指针自身为常量;如果 const 出现在 * 两边,则两者都为常量。

  当指针指向的内容为常量时,一些人将 const 放在类型之前,另一些人将 const 放在类型之后 * 之前。两者在意义上并没有区别,所以,如下两个函数具有相同的参数类型:

void f1(const Widget *pw); // f1 takes a pointer to a
// constant Widget object

void f2(Widget const *pw); // so does f2

  因为它们都存在于实际的代码中,你应该习惯于这两种形式。

  STL iterators 以指针为原型,所以一个 iterator 在行为上非常类似于一个 T* 指针。声明一个 iterator 为 const 就类似于声明一个指针为 const(也就是说声明一个 T* const 指针):不能将 iterator 指向另外一件不同的东西,但是它所指向的东西本身可以变化。如果你要一个 iterator 指向一个不能变化的东西(也就是 const T* 的 STL 对等物),你应该用 const_iterator:

std::vector<int> vec;
...
const std::vector<int>::iterator iter = // iter acts like a T* const

vec.begin();

*iter = 10; // OK, changes what iter points to

++iter; // error! iter is const

std::vector<int>::const_iterator cIter = //cIter acts like a const T*

vec.begin();

*cIter = 10; // error! *cIter is const

++cIter; // fine, changes cIter

  对 const 最强有力的用法来自于它在函数声明中的应用。在一个函数声明中,const 既可以用在函数返回值上,也可以用在个别的参数上,对于成员函数,还可以用于整个函数。

  一个函数返回一个常量,常常可以在不放弃安全和效率的前提下尽可能减少客户的错误造成的影响。例如,考虑在 Item 24 中考察的 rational 成员 operator* 的声明:

class Rational { ... };

const Rational operator*(const Rational& lhs, const Rational& rhs);

  很多第一次看到这些的人会不以为然。为什么 operator* 的结果应该是一个 const 对象?因为如果它不是,客户就可以犯下如此暴行:

Rational a, b, c;
...
(a * b) = c; // invoke operator= on the
// result of a*b!

  我不知道为什么一些程序员要为两个数的乘积赋值,但是我知道很多程序员这样做也并非不称职。所有这些可能来自一个简单的输入错误(要求这个类型能够隐式转型到 bool):

if (a * b = c) ... // oops, meant to do a comparison!
  如果 a 和 b 是内建类型,这样的代码显而易见是非法的。一个好的用户自定义类型的特点就是要避免与内建类型毫无理由的不和谐,而且对我来说允许给两个数的乘积赋值看上去正是毫无理由的。将 operator* 的返回值声明为 const 就可以避免这一点,这就是我们要这样做的理由。

  关于 const 参数没什么特别新鲜之处——它们的行为就像局部的 const 对象,而且无论何时,只要你能,你就应该这样使用。除非你需要改变一个参数或本地对象的能力,否则,确认将它声明为 const。它只需要你键入六个字符,就能将你从我们刚刚看到的这个恼人的错误中拯救出来:“我想键入‘==’,但我意外地键入了‘=’”。

  const 成员函数

  成员函数被声明为 const 的目的是确信这个函数可能会被 const 对象调用。因为两个原因,这样的成员函数非常重要。首先,它使一个类的接口更容易被理解。知道哪个函数可以改变对象而哪个不可以是很重要的。第二,它们可以和 const 对象一起工作。书写高效代码有一个很重要的方面,就像 Item 20 所解释的,提升一个 C++ 程序的性能的基本方法就是就是传递一个对象的引用给一个 const 参数。这个技术只有在 const 候选对象有 const 成员函数可操作时才是可用的。

  很多人没有注意到这样的事实,即成员函数只有常量性不同时是可以被重载的,这是 C++ 的一个重要特性。考虑一个代表文字块的类:

class TextBlock {

  public:
   ...
   const char& operator[](std::size_t position) const // operator[] for
   { return text[position]; } // const objects
   char& operator[](std::size_t position) // operator[] for
   { return text[position]; } // non-const objects
  private:
   std::string text;
};

  TextBlock 的 operator[]s 可能会这样使用:

TextBlock tb("Hello");

std::cout << tb[0]; // calls non-const
// TextBlock::operator[]

const TextBlock ctb("World");

std::cout << ctb[0]; // calls const TextBlock::operator[]

  顺便提一下,const 对象在实际程序中最经常使用的是作为这样一个操作的结果:将指针或者引用传递给 const 参数。上面的 ctb 的例子是人工假造的。下面这个例子更真实一些:

void print(const TextBlock& ctb) // in this function, ctb is const
{
  std::cout << ctb[0]; // calls const TextBlock::operator[]
  ...
}

  通过将 operator[] 重载,而且给不同的版本不同的返回类型,你能对 const 和 non-const 的 TextBlocks 做不同的操作:

std::cout << tb[0]; // fine - reading a
// non-const TextBlock

tb[0] = ’x’; // fine - writing a
// non-const TextBlock

std::cout << ctb[0]; // fine - reading a
// const TextBlock

ctb[0] = ’x’; // error! - writing a
// const TextBlock

  请注意这个错误只是发生在调用 operator[] 的返回类型上,而调用 operator[] 本身总是正确的。错误出现在企图为 const char& 赋值的时候,而这正是 const 版本的 operator[] 的返回类型。

  再请注意 non-const 版本的 operator[] 的返回类型是一个字符的引用而不是字符本身。如果 operator[] 只是简单地返回一个字符,下面的语句将无法编译:

tb[0] = ’x’;
  因为改变一个返回内建类型的函数的返回值总是非法的。如果它合法,那么 C++ 以值(by value)返回对象这一事实(参见 Item 20)就意味着 tb.text[0] 的副本被改变,而不是 tb.text[0] 自己,这不会是你想要的行为。

  让我们为哲学留一点时间。看看一个成员函数是 const 意味着什么?有两个主要的概念:二进制位常量性(bitwise constness)(也称为物理常量性(physical constness))和逻辑常量性(logical constness)。

  二进制位 const 派别坚持认为,一个成员函数,当且仅当它不能改变对象的任何数据成员(static 成员除外),也就是说不能改变对象内的任何二进制位,则这个成员函数就是 const。二进制位常量性的一个好处是比较容易监测违例:编译器只需要寻找对数据成员的赋值。实际上,二进制位常量性就是 C++ 对常量性的定义,一个 const 成员函数不被允许改变调用它的对象的任何 non-static 数据成员。
不幸的事,很多成员函数并不能完全通过二进制位常量性的检验。特别是,一个经常改变一个指针指向的内容的成员函数。除非这个指针在这个对象中,否则这个函数就是二进制位 const 的,编译器也不会提出异议。例如,假设我们有一个类似 TextBlock 的类,因为它需要与一个不知 string 为何物的 C API 打交道,所以它需要将它的数据存储为 char* 而不是 string。

class CTextBlock {
  public:
   ...
   char& operator[](std::size_t position) const // inappropriate (but bitwise

   { return pText[position]; } // const) declaration of
   // operator[]
  private:
   char *pText;
};

  尽管 operator[] 返回对象内部数据的引用,这个类还是(不适当地)将它声明为 const 成员函数(Item 28 将谈论一个深入的主题)。先将它放到一边,看看 operator[] 的实现,它并没有使用任何手段改变
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文章来源:http://www.bozhiyue.com/yuyan/2016/0819/405226.html
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