一文講清C/C++ Const/Const_Cast/Constexpr
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很多人搞不清const、const_cast、constexpr的用法，稀里糊涂地用。一般而言，即使亂用，問題也不大，因為錯大發了會崩，崩了自然會被修正，不崩自然也就沒事。但作為一個有追求的專業程序員，自當聞過則喜，搞清楚弄明白。
一、const
C語言的const用法
先講const，這玩意兒怎么翻譯我也拿不準，C語言中該關鍵字的用法比較簡單，大概有如下幾種用法：
[1] 修飾普通變量：變量只讀，在程序運行過程中不可修改。
- const int i = 100; //i is read only
- i = 200; //compile error, variable i can not assignable
[2] 修飾指針 const T* p：表示不能通過p去修改p指向對象的內容，另一方面只能通過p調用T類的const成員函數
- const struct Foo *f = new Foo;
- f->dataX = 100; //compile error
- const char* p = "abc";
- p[1] = 'x'; //compile error
- f->nonconst_member_function(); ///compile error (后面再講)
[3] 修飾指針 T* const p：表示指針只能在初始化時設置指向，之后便不能修改指向。
- char s1[] = "abc";
- char s2[] = "xyz";
- char* const p = s1;
- p = s2; //compile error
[4] 修飾指針 const T* const p：表示既不能通過p修改它指向的對象，又不能更改p的指向。
- const char* const p = "abc";
- p[1] = 'B'; //compile error
- p = "xyz"; //compile error
[5] 修飾函數參數：c語言中const修飾參數反映的含義同上所述
小結：C語言中，const的用法差不多就這些，比較簡單。
C++擴充了const的用法
[1] 修飾成員變量：const成員變量只能在初始化列表里做初始化，程序運行中不可修改;如果是const整型，則可以C++11標準之后直接初始化。
- struct Foo
- {
- Foo() : PI(3.15) {} // PI is initialized by initializer list
- const int c = 100; //C++11 support
- const float PI;
- };
[2] 修飾成員函數：表示該成員函數是只讀函數，不會修改默認參數this的成員變量，如果修改會編譯報錯。
- class Foo
- {
- int m_money;
- public:
- int get_money() const //✅
- {
- return m_money;
- }
- int set_money(int money) const //❌
- {
- m_money = money; //修改了this->m_money;需去掉函數const修飾
- }
- };
[3] 修飾引用：引用是C++才有的語法特征，引用是別名，本質上跟指針差不多，所以const修飾引用跟修飾指針的語義和約束差不多。
- Foo f;
- const Foo& r = f;
- r.m_data = 1; //compile error
[4] C++中對const修飾指針的補充
- struct Foo
- {
- int const_member_function() const { return m_data; }
- int non_const_member_function(int data) { m_data = data; }
- int m_data;
- };
- int main()
- {
- const Foo* f = new Foo;
- f->const_member_function(); //OK
- f->non_const_member_function(); //compile ERROR
- return 0;
- }
為什么呢?因為const成員函數相當于承諾不會修改this的成員變量，而該承諾會被編譯器檢查，如果沒有履行承諾，則編譯器會報錯。而const Foo* f意味著不能通過f去修改f指針指向變量的內部值。
通過f->data = 1的方式肯定是不行。
另一方面，你只能通過f去調用它的const成員函數，因為const成員函數的語義就是不會修改this的值，編譯器很容易執行這個校驗。
const修飾參數
const可以修飾普通參數，也可以修飾指針/引用參數，因為形參是實參的副本，所以const修飾普通參數其實沒什么意義，我們著重講講const修飾指針/引用參數。
比如標準C庫函數strcpy的簽名：char *strcpy(char * dst, const char * src);
dst表示目標地址，src表示源串，const修飾了源串，這是因為從源串拷貝到目標串，不需要修改源串內容，這相當于向strcpy調用者承諾：
放心大膽的調用吧，strcpy函數實現保證不會修改src的內容，編譯器會執行這種檢查。
這樣，在review代碼的時候，如果想追蹤src在哪里被修改了，當看到strcpy的簽名，就不用打開函數去看實現，只要不違背承諾，肯定不是這個函數內改動了src。
const char *src是一種承諾，也是一種約束。調用的地方，const char*形式的形參，既傳const char*實參，也可以傳char*實參，因為參數const char*是更強的承諾。
但反之不成立。比如第一個參數dst是不帶const的，那么如果有一個變量類型為const char* p，那不能把p作為第一個參數傳遞進strcpy，編譯不過。
因為strcpy不承諾不修改dst，是一個更弱的承諾，只有聲明為const指針的參數，才能傳遞const指針實參。
const其他
const還可以修飾返回值，還可以跟extern結合，但這些都是一些小語法技巧，一般開發用不太到，真碰到再查不遲。
二、const_cast
const_cast有什么用?
const是C++的一個強制轉換，它用來去掉const屬性，比如：
- Foo foo;
- const Foo *f1 = &foo;
- Foo* f2 = const_cast<Foo*>(f);
- Foo* f3 = (Foo*)f;
const_cast的作用跟強轉差不多，C++加const_cast主要是為了功能完整性，const_cast作用于引用跟作用于指針差不多。
為什么說const_cast幾乎都反應接口設計有問題
程序設計要言行一致，遵守承諾，這意味著：不應該把參數聲明為const指針，而函數實現里借助強制去掉const屬性。
首先，這樣做是危險的，比如const char* p = "abc"; p指向常量字符串被作為參數傳遞，被強轉+修改，則會導致程序crash。
其次，這樣做是分裂的，因為你加const修飾相當于讓編譯器幫你執行檢查，以便在你違背承諾的時候通過編譯期檢查報錯提醒你，但在它真正向你報錯的時候，你又說別管啦，老子就是要蠻干。
const_cast或者通過c風格強轉，基本上都暴露出設計上的問題。
設計良好的程序基本上不需要const強轉。因為const約束在調用鏈會傳播，所以，你需要一以貫之的遵守約定，找到導致需要const強轉的錯誤源頭，這可能會多費一點時間，但它是值得的。
三、constexpr
const沒有區分編譯期常量和運行期常量，constexpr是C++11開始提出的關鍵字，被限定為編譯器常量，其意義與14版本有一些區別。
C++11中的constexpr指定的函數返回值和參數必須要保證是字面值，而且必須有且只有一行return代碼，這給函數的設計者帶來了更多的限制，比如通常只能通過return 三目運算符+遞歸來計算返回的字面值。
而C++14中只要保證返回值和參數是字面值就行了，函數體中可以加入更多的語句，方便了更靈活的計算。
這里我們主要講constexpr和const的區別。
constexpr可以用來修飾變量、函數、構造函數。一旦以上任何元素被constexpr修飾，那么等于說是告訴編譯器 “請大膽地將我看成編譯時就能得出常量值的表達式去優化我”。
- constexpr func()
- {
- return 10;
- }
- int main()
- {
- int arr[func()];
- }
編譯期大膽地將func()做了優化，在編譯期就確定了func計算出的值10而無需等到運行時再去計算。
這就是constexpr的第一個作用：給編譯器足夠的信心在編譯期去做被constexpr修飾的表達式的優化。
constexpr還有另外一個特性，雖然它本身的作用之一就是希望程序員能給編譯器做優化的信心，但它卻猜到了自己可能會被程序員欺騙，而編譯器并不會對此“惱羞成怒”中止編譯。
四、結論
C/C++程序應該積極的使用const/constexpr，什么叫積極使用?只要有可能，那么我們就應該用const/constexpr。
只要可能就應該用xx，這種話一般而言都是錯的，但用在const/constexpr卻很正確，因為使用const/constexpr基本上都會讓你的程序更健壯、更快，const修飾的整型變量，在gcc開優化選項的時候，有可能被直接編譯到匯編代碼指令，而非生成一個變量，而constexpr的優化作用在前面一節已經闡述。
與之對應的是：只要有可能，就不要使用const_cast，它基本上都反映了接口設計上的問題。
就醬，信不信隨你!
