C/C++中的const

时间:2024-01-28 21:54:37

1 C中的const

C中const修饰的变量是只读变量,在使用const关键字声明定义变量时会给该变量分配内存空间。

const修饰的全局变量默认是外部链接的,即其它源文件可以直接使用该变量。

const修饰的局部变量存储在栈区中,不能通过变量名直接修改该变量的值,但是可以通过指针的方式修改该变量对应的值,从某种意义上来说,C中const修饰的变量不是真正意义上的常量,可以将其当作一种只读变量。

C中const示例:

// fun.c
// c中const修饰的全局变量默认是外部链接的
const int num = 100;  // a的本质是只读的变量,存放在文字常量区(内存空间只读)

// main.c
#include <stdio.h>

// 对fun.c中的a进行声明(不要赋值)
extern const int num;

void test()
{
    printf("num = %d\n", num);
    // num = 200;  // error: assignment of read-only variable 'num'
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    test();
    return 0;
}
#include <stdio.h>

void test()
{
    const int data = 200;  // 局部只读变量,通过指针的形式修改data变量的值
    printf("data = %d\n", data);  // 200

    int* p = (int*)&data;
    *p = 300;
    printf("data = %d\n", data);  // 300
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    test();
    return 0;
}

总结:

  • const修饰全局变量时,该变量存储在文字常量区(只读),不能通过指针的方式修改其内容

  • const修饰局部变量是,该变量存储在栈区中(可读可写),通过指针的方式可以修改其内同

2 C++中的const

C++中const修饰的变量不需要创建内存空间,比如定义常量const int data = 10;,C++会在一张符号表中添加namedatavalue为10的一条记录,如下图所示:

既然,const修饰的变量没有内存空间,所以在C++中const修饰的变量才是真正意义上的常量。

C++中定义声明的全局常量是内部链接的,只能作用于当前的整个文件中,如果想让其它源文件对该常量进行访问的,必须加extern关键字将该常量转换成外部链接。

在C++中,是否为const常量分配内存空间依赖于如何使用,以下情况会对常量进行内存空间的分配:

  • const常量取地址时
  • 使用变量的形式初始化const修饰的变量时
  • const修饰自定义数据类型(结构体、对象)时

C++中const示例:

// fun.c
// const修饰的全局变量,默认时内部链接,不能直接被其它源文件使用
//const int num = 100;

// 可以通过将num转换成外部链接的方式,供其它源文件对num的访问
extern const int num = 100;

// main.c
#include <iostream>
using namespace std;

extern const int num;

struct Person{
    int num;
    char name[32];
};

void test()
{
    cout << "全局num = " << num << endl;  // error: undefined reference to `num'

    // 1. c++中对const修饰的基础类型的变量不会开辟内存空间,只是将其放到符号表中
    const int data = 100;
    // data = 200; // error: 只读
    cout << "data = " << data << endl;

    // 2. 对data取地址时,系统会给data开辟空间
    int* p = (int*)&data;
    *p = 2000;
    cout << "*p = " << *p << endl;  // 2000

    cout << "data = " << data << endl; // 100

    // 3. 通过变量的形式初始化 const修饰的变量,系统会为其开辟空间
    int a = 200;
    const int b = a;  // 系统直接为b开辟空间,不会把b放入到符号表中
    p = (int*)&b;
    *p = 3000;
    cout << "*p = " << *p << endl;  // 3000
    cout << "b = " << b << endl;  // 3000

    // 4. const修饰自定义类型的变量,系统会分配空间
    const Person per = { 100, "viktor" };
    // p1.num = 1000;  // error
    cout << "num = " << per.num << ", name = " << per.name << endl;  // 100, viktor

    Person* p1 = (Person*)&per;
    p1->num = 2000;
    cout << "num = " << per.num << ", name = " << per.name << endl;  // 2000, viktor
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    test();
    return 0;
}

总结:

  • C++中,使用const定义声明变量时,该变量会先放入到符号表中,不会开辟内存空间;
  • const修饰的全局变量默认是内部链接的;
  • const修饰的变量进行取地址操作,系统会对该变量开辟空间;
  • 使用其它的变量对const修饰的变量进行初始化时,系统会对该变量开辟空间;
  • const修饰自定义的数据类型,系统为自定义数据开辟空间。

3 C/C++中const异同总结

3.1 const修饰全局变量

全局变量存储在只读的文字常量区,所以C/C++中const修饰的全局变量都不可以更改变量对应的内容。

C中const修饰的全局变量默认是外部链接的,而C++中默认的是内部链接,如果想使得其变为外部链接可以在const修饰的全局变量前加extern关键字。

3.2 const修饰局部变量

const在修饰基础数据类型的局部变量时,在C中会给该变量在栈中开辟内存空间,可以通过指针的方式修改变量的内容;而C++对于const修饰基础类型的变量是在符号表中添加一条记录,不会在栈中开辟空间,所以不能通过指针的方式修改变量的值。

C++中对const修饰的局部变量是在如何使用的情况下才分配内存,如果对const修饰基础数据类型的局部变量进行取地址操作,会对变量分配内存;使用一个变量初始化const变量时会分配内存;const修饰的自定义数据类型(结构体、对象)会分配内存。

4 const和#define

在旧版本C中,如果想创建一个常量,必须使用预处理器#define MAX 1024;。使用宏定义的MAX对于编译器来说不知其的存在,因为在程序预处理的过程中,所有的MAX已经被替换为1024,于是MAX并没有将其加入到符号表中。

如果使用这个常量获得一个编译错误信息时,可能会带来一些困扰,因为这个信息可能会提到1024,但是并没有提到MAX

此外MAX如果被定义在另外一个头文件中,当前可能并不知道1024代表什么,也许解决这个问题要花很长时间。解决办法就是用一个常量替换上面的宏。

const#define的区别:

  • const有类型,可进行编译器类型安全检查。#define无类型,不能进行类型检查

示例:

// 宏没有类型,const有
#define MAX 1024
const short my_max = 1024;

void func(short i)
{
    cout << "short函数" << endl;
}

void func(int i)
{
    cout << "int函数" << endl;
}

void test()
{
	func(MAX);  // int函数
    
    func(my_max);  // short函数
}
  • const有作用域,而#define不重视作用域,默认定义出到文件结尾。如果定义在指定作用域下有效的常量,那么#define就不适用

示例:

// 宏的作用域是当前的整个文件,const的作用域以定义的情况决定
void my_func(void)
{
	// 作用范围是当前复合语句
    const int my_num = 10;
    
    // 作用范围是当前位置到文件结束
    #define MY_NUM 10
}

void test()
{
    // cout << "my_num = " << my_num << endl;  // err 不识别
    cout << "MY_NUM = " << MY_NUM << endl;  // ok
}


  • const可以作为命名空间的成员,而如果将宏作为命名空间的成员,失去了命名空间的意义,因为宏作用于当前的文件,而不是只属于某个命名空间的

5 总结

const由C++采用,并加进标准C中,尽管它们很不一样,在C中,编译器对待const如同对待变量一样,只不过带有一个特殊的标记,意识是”你不能改变我“。在C++中定义const时,编译器为它创建空间,所以如果两个不同文件定义多个同名的const,链接器将发生链接错误。简而言之,const在C++中用的更好。

在C++中尽量使用const来替换宏定义,避免不必要的麻烦。

另外在C++中可以使用变量定义数组。对于C,在支持C99标准的编译器中,可以使用变量定义数组。

示例:

#include <iostream>
using namespace std;

void test()
{
    int a = 10;
    int arr[a];
    int i = 0;
    for(; i < 10; i++)
        arr[i] = i;
    i = 0;
    for(; i < 10; i++)
        cout << arr[i] << " ";
    cout << endl;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    test();
    return 0;
}