怎么解析C++中的const和constexpr

本篇文章為大家展示了怎么解析C++中的const和constexpr，內(nèi)容簡明扼要并且容易理解，絕對能使你眼前一亮，通過這篇文章的詳細(xì)介紹希望你能有所收獲。

一.const常量與#define比較

• define只是簡單的替換，沒有類型，const可以做到防竄改與類型安全。

• 而且#define會(huì)在內(nèi)存中可能(有幾次替換就有幾次拷貝)有多份拷貝，對于字面值常量加不加const都一樣，例如：const char* arr = “123”;，儲(chǔ)存在常量區(qū)，只有一份拷貝；對于局部對象，常量存放在棧區(qū)，例如：void add(){const char crr[] = “123”;},這里“123”本應(yīng)儲(chǔ)存在棧上，但編譯器可能會(huì)做某些優(yōu)化，將其放入常量區(qū)；對于全局對象，常量存放在全局/靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)；用const會(huì)比#define使用更少的空間，效率更高。

• 這里有一個(gè)小例子：char* brr = "123"; char drr[] = "123";前者字符串123存在常量區(qū)，不能通過brr去修改"123"的值；后者"123"保存在棧區(qū)，可以通過drr去修改。

• 現(xiàn)在C++除了一些特定用法，推薦用const,inline,enum等替換宏——來自《Effective C++》條款02

二.const修飾

1.修飾普通變量，必須初始化

const int a = 10; 表示int對象a，是一個(gè)常量，不可以改變值，從編譯器生成二進(jìn)制角度看，生成的a存放在.rodata段，也就是只讀(readonly)區(qū)域。不過并不絕對，有的時(shí)間統(tǒng)計(jì)優(yōu)化等級開的高，也不取地址，可能會(huì)優(yōu)化成立即數(shù)在.text段中。

2.修飾類變量和成員變量

class cAAA{
public:
    cAAA(int a) : m_iV(a){}
    const int GetValue() const {return m_iV;}
    void AddValueOneTime(){m_iChangeV++;}
private:
    const int m_iV;
public:
    mutable int m_iChangeV;
    static const int m_iStaticV;
};
static const int m_iStaticV = 1000;

const cAAA aa(100);
aa.GetValue();
aa.m_iChangeV++;

• cAAA類成員m_iV是const變量，必須放到初始化列表中進(jìn)行初始化，不能進(jìn)行賦值。

• 對于靜態(tài)常成員，與普通靜態(tài)成員類似，推薦放到類外.cpp中初始化。

• aa只能調(diào)用const函數(shù)，如aa.GetValue(),不能調(diào)用非常成員函數(shù)aa.AddValueOneTime()。

• 對于這種const對象，又想修改成員，可以在成員聲明加上mutable，這樣const對象aa也可以修改m_iChangeV,這種用法比較少。

3.修飾成員函數(shù)

• 表示這個(gè)函數(shù)可以被const對象調(diào)用，也可以被普通對象調(diào)用，不會(huì)改變對象的成員，也就是說更像一種只讀不寫型的邏輯運(yùn)算，所以有些人推薦類成員函數(shù)，可以都加上const。有一個(gè)小技巧，當(dāng)const和non-const成員函數(shù)有著實(shí)質(zhì)等價(jià)的實(shí)現(xiàn)時(shí)，令non-const版本調(diào)用const版本可避免代碼重復(fù)；但反過來不行，const函數(shù)內(nèi)部也必須只能調(diào)用const函數(shù)—— 《Effective C++》條款03

• 有一點(diǎn)要注意，編譯器強(qiáng)制實(shí)施bitwase constness，但編寫程序時(shí)應(yīng)該使用conceptual constness，解決編譯器的bitwase constness屬性就用到了上述的mutable。關(guān)于介紹bitwase constness的具體表現(xiàn)可以參考《Effective C++》條款03。

4.修飾指針

const char* p1;
char const *p2;
char* const p3;
const char* const p4;

對于初學(xué)者來說這大概是很難理解的一個(gè)知識點(diǎn)，怎么區(qū)分這四個(gè)呢？記住秘訣，直接從右向左讀就一招制敵了。

• p1是一個(gè)指針，指向char字符常量，表示p1所指對象內(nèi)容不可以改，所指地址可以改。

• p2同p1，寫法不同，兩者等價(jià)。

• p3是一個(gè)常量，且是個(gè)指針，指向char字符，表示p3所指對象內(nèi)容可以改，所指地址不可以改。

• p4是一個(gè)常量，且是個(gè)指針，指向char字符常量，表示p4所指對象內(nèi)容不可以改，且所指地址也不可以改。

• 相對來說p1,p2是最常用傳參或者返回值的手段。

5.修飾引用

• 修飾引用和對象差不多，對象內(nèi)容不可以改變。作為函數(shù)參數(shù)傳參數(shù)，不存在copy開銷，這是比較推薦的寫法，例如：拷貝構(gòu)造函數(shù)，賦值構(gòu)造，STL里用于比較的函數(shù)或者仿函數(shù)，詳情請參閱《Effective C++》條款20。bool Less(const cAAA& left, const cAAA& right);

float dValue = 1.05f;
const int& a = dValue;

const int iTemp = dValue;
const int& a = iTemp;

• 因?yàn)槌Ｒ貌荒芨淖?，這種情況下編譯器會(huì)創(chuàng)建一個(gè)臨時(shí)變量來處理隱式轉(zhuǎn)換，我們實(shí)際是對臨時(shí)變量進(jìn)行了常引用。

三.const轉(zhuǎn)換

• 一般來說，從T*轉(zhuǎn)換到const T*是比較簡單的，且編譯器支持的隱式轉(zhuǎn)換，也可以顯示的用模板處理，例如我們簡單寫一下RemoveConst模板，最后用using化名一下。但從const T*到T*就麻煩一些，推薦使用const_cast。

template <typename T>
struct RemoveConst{
    typedef T Type;
};

template <typename T>
struct RemoveConst<const T>{
    typedef T Type;
};

template <typename T>
using RCType = typename RemoveConst<T>::Type;

四.頂層const與底層const

• 簡單來說const修飾的對象本身不能改變就是頂層const，但如果是指針或者引用的對象不能改變，則稱為底層const。

• const int cV = 10; cV是頂層const，本身不能改變

• char const *p2; p2是底層const，p2本身值可以改變，但所指內(nèi)容不可以改變

• char* const p3; p3是頂層const，p3的本身值不可以改變

• const char* const p4; p4既是頂層const，又是底層const

• 注：對于上述模板RCType

  是無法移除p2這種底層const，如果要移除，請用const_cast<T*>移除，但這種操作可能引起Crash或者未知風(fēng)險(xiǎn)

const char* pA = "sss";
char* pB = const_cast<char*>(pA);
auto pC = RCType<decltype(pA)>(pA);
std::cout << "type is the same: " << std::is_same<decltype(pB), decltype(pC)>::value << std::endl;
std::cout << "pB Type Name: " << typeid(pB).name() << "pc Type Name: " << typeid(pC).name() << std::endl;
//pB[0] = 'A';//error, Segmentation fault

五.C++11新引入的constexpr

• 這個(gè)關(guān)鍵字表示這是一個(gè)常量表達(dá)式，是一個(gè)編譯期就可以確認(rèn)的值，最常用于模板中，例如模板遞歸求值。

• 它可不只是變量，例如：

const int iSize1 = sizeof(int);
const int iSize2 = GetSize();

iSize1是個(gè)常量，編譯期的，但iSize2就不一定，它雖然不能改變，但要到GetSize()執(zhí)行結(jié)束，才能知道具體值，這與常量一般在編譯期就知道的思想不符，解決這個(gè)問題的方法就是改為：constexpr int iSize2 = GetSize(); 這樣要求GetSize()一定要能在編譯期就算出值，下面幾個(gè)例子中GetSizeError()就會(huì)編譯失敗。GetFibo函數(shù)，編譯期就已經(jīng)遞歸計(jì)算出值。

constexpr int GetSize(){
  return sizeof(int) + sizeof(double);
}

constexpr int GetSizeError(){
  return random();
}

constexpr int GetCalc(int N){
  return N <= 1 ? 1 : N * GetCalc(N - 1);
}

const int iSize1 = sizeof(int);
constexpr int iSize2 = GetSize();
//constexpr int iSize3() = GetSizeError();
constexpr int iSize4 = GetCalc(10);
std::cout << iSize1 << " " << iSize2 << " " << iSize4 <<std::endl;

當(dāng)然我們可以用模板寫GetCalc函數(shù)：

template <int N>
struct TCalc{
  static constexpr int iValue = N * TCalc<N-1>::iValue;
};

template <>
struct TCalc<1>{
  static constexpr int iValue = 1;
};
std::cout << TCalc<10>::iValue << std::endl;

上述內(nèi)容就是怎么解析C++中的const和constexpr，你們學(xué)到知識或技能了嗎？如果還想學(xué)到更多技能或者豐富自己的知識儲(chǔ)備，歡迎關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道。