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从Java到C++——常量(const)的高级应用
看到const关键字,C++程序员首先想到的可能是const常量。这可不是良好的条件反射。如果只知道用const定义常量,那么相当于把火药仅用于制作鞭炮。const更大的魅力是它可以修饰函数的参数、返回值,甚至函数的定义体。
const是constant的缩写,“恒定不变”的意思。被const修饰的东西都受到强制保护,可以预防意外的变动,能提高程序的健壮性和高效性。所以很多C++程序设计书籍建议:“Use const whenever you need”。
1 用const修饰函数的参数
如果参数作输出用,不论它是什么数据类型,也不论它采用“指针传递”还是“引用传递”,都不能加const修饰,否则该参数将失去输出功能。
const只能修饰输入参数:
u 如果输入参数采用“指针传递”,那么加const修饰可以防止意外地改动该指针,起到保护作用。
例如StringCopy函数:
void StringCopy(char *strDestination, const char *strSource);
其中strSource是输入参数,strDestination是输出参数。给strSource加上const修饰后,如果函数体内的语句试图改动strSource的内容,编译器将指出错误。
u 如果输入参数采用“值传递”,由于函数将自动产生临时变量用于复制该参数,该输入参数本来就无需保护,所以不要加const修饰。
例如不要将函数void Func1(int x)写成void Func1(const int x)。同理不要将函数void Func2(A a) 写成void Func2(const A a)。其中A为用户自定义的数据类型。
u 对于非内部数据类型的参数而言,象void Func(A a) 这样声明的函数注定效率比较底。因为函数体内将产生A类型的临时对象用于复制参数a,而临时对象的构造、复制、析构过程都将消耗时间。
为了提高效率,可以将函数声明改为void Func(A& a),因为“引用传递”仅借用一下参数的别名而已,不需要产生临时对象。但是函数void Func(A& a) 存在一个缺点:“引用传递”有可能改变参数a,这是我们不期望的。解决这个问题很容易,加const修饰即可,因此函数最终成为void Func(const A& a)。
以此类推,是否应将void Func(int x) 改写为void Func(const int& x),以便提高效率?完全没有必要,因为内部数据类型的参数不存在构造、析构的过程,而复制也非常快,“值传递”和“引用传递”的效率几乎相当。
问题是如此的缠绵,我只好将“const&”修饰输入参数的用法总结一下,如表11-1-1所示。
对于非内部数据类型的输入参数,应该将“值传递”的方式改为“const引用传递”,目的是提高效率。例如将void Func(A a) 改为void Func(const A& a)。
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对于内部数据类型的输入参数,不要将“值传递”的方式改为“const引用传递”。否则既达不到提高效率的目的,又降低了函数的可理解性。例如void Func(int x) 不应该改为void Func(const int& x)。
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2 用const修饰函数的返回值
u 如果给以“指针传递”方式的函数返回值加const修饰,那么函数返回值(即指针)的内容不能被修改,该返回值只能被赋给加const修饰的同类型指针。
例如函数
const char* GetString(void);
如下语句将出现编译错误:
char *str = GetString();
正确的用法是
const char *str = GetString();
u 如果函数返回值采用“值传递方式”,由于函数会把返回值复制到外部临时的存储单元中,加const修饰没有任何价值。
例如不要把函数int GetInt(void) 写成const int GetInt(void)。
同理不要把函数A GetA(void) 写成const A GetA(void),其中A为用户自定义的数据类型。
如果返回值不是内部数据类型,将函数A GetA(void) 改写为const A& GetA(void)的确能提高效率。但此时千万千万要小心,一定要搞清楚函数究竟是想返回一个对象的“拷贝”还是仅返回“别名”就可以了,否则程序会出错。例如:
class String
{
//…
// 赋值函数
String & operate=(const String &other);
// 相加函数,如果没有friend修饰则只许有一个右侧参数
friend String operate+(const String &s1, const String &s2);
private:
char *m_data;
}
String的赋值函数operate = 的实现如下:
String& String::operate=(const String &other) { if (this == &other) return *this; delete m_data; m_data = http://www.mamicode.com/new char[strlen(other.data)+1];"font-family: 宋体; font-size: 14pt; background-color: rgb(255, 255, 255);">
对于赋值函数,应当用“引用传递”的方式返回String对象。如果用“值传递”的方式,虽然功能仍然正确,但由于return语句要把 *this拷贝到保存返回值的外部存储单元之中,增加了不必要的开销,降低了赋值函数的效率。例如:
String a,b,c;
…
a = b; // 如果用“值传递”,将产生一次 *this 拷贝
a = b = c; // 如果用“值传递”,将产生两次 *this 拷贝
String的相加函数operate + 的实现如下:
String String::operate+(const String &s1, const String &s2) { String temp; delete temp.data; // temp.data是仅含‘\0’的字符串 temp.data = http://www.mamicode.com/new char[strlen(s1.data) + strlen(s2.data) + 1];>对于相加函数,应当用“值传递”的方式返回String对象。如果改用“引用传递”,那么函数返回值是一个指向局部对象temp的“引用”。由于temp在函数结束时被自动销毁,将导致返回的“引用”无效。例如:
c = a + b;
此时 a + b 并不返回期望值,c什么也得不到,留下了隐患。
u 函数返回值采用“引用传递”的场合并不多,这种方式一般只出现在类的赋值函数中,目的是为了实现链式表达。
例如
class A {//… A& operate = (const A &other); // 赋值函数 };A a, b, c; // a, b, c 为A的对象
…
a = b = c; // 正常的链式赋值
(a = b) = c; // 不正常的链式赋值,但合法
如果将赋值函数的返回值加const修饰,那么该返回值的内容不允许被改动。上例中,语句 a = b = c仍然正确,但是语句 (a = b) = c 则是非法的。
3 用const修饰成员函数
const成员函数是指在类的成员函数后面加 const的函数,如int GetNum() const; const修饰成员函数的作用是:只能读取数据成员,不能改变数据成员。const成员函数只能调用const函数,不能调用其它非const成员函数;const对象只能调用const成员函数,不能调用非const成员函数。
任何不会修改数据成员的函数都应该声明为const类型。如果在编写const成员函数时,不慎修改了数据成员,或者调用了其它非const成员函数,编译器将指出错误,这无疑会提高程序的健壮性。
以下程序中,类stack的成员函数GetCount仅用于计数,从逻辑上讲GetCount应当为const函数。编译器将指出GetCount函数中的错误。
class Stack { public: void Push(int elem); int Pop(void); int GetCount(void) const; // const成员函数 private: int m_num; int m_data[100]; }; int Stack::GetCount(void) const { ++m_num; // 编译错误,企图修改数据成员m_num Pop(); // 编译错误,企图调用非const函数 return m_num; }const成员函数的声明看起来怪怪的:const关键字只能放在函数声明的尾部,大概是因为其它地方都已经被占用了。更诡异的是有时候看到类型这样的函数:const string & GetName() const;初学者一定搞懵掉(我一开始就完全不理解)。上面这一函数你大体可以这样理解:GetName() const说明是一个const的成员函数,你不能在GetName()函数休内更改Person的数据成员的值;const string & GetName()表明函数的返回值是一个const类型的字符串的引用。这样理解虽有些牵强,但至少可以理的清析一点。
相关的定义代码如下:
class A { //… static const int SIZE1 = 100; // 枚举常量 static const int SIZE2 = 200; // 枚举常量 int array1[SIZE1]; int array2[SIZE2]; }; class Person { public: Person():m_name(""), m_age(0){}; void SetName(const string &name); void SetAge(int age); const string & GetName() const; //const成员函数 int GetAge() const; //const成员函数d void showHello(){cout << "hello" << endl;}; private: string m_name; int m_age; }; void Person::SetName(const string &name) { m_name = name; } void Person::SetAge(int age) { GetName(); m_age = age; } const string & Person::GetName() const { return m_name; } int Person::GetAge() const { //m_name = "test"; //不能更改成员变量的值 //m_age = 5; //不能更改成员变量的值 return m_age; } void ShowPerson(const Person& person) { cout << person.GetName() << endl; // 如果GetAge 和 GetName() 是非const成员函数,这一句和下一句调用是错误的 cout << person.GetAge() << endl; //person.showHello();//错误:const对象不能调用非const成员函数,只能调用const成员变量 } int main() { Person p; p.SetName("ZhangSan"); p.SetAge(15); string name = p.GetName(); int age = p.GetAge(); cout << name << endl; cout << age << endl; ShowPerson(p); return 0; }