C++中const的實現原理是什么

這篇文章主要介紹“C++中const的實現原理是什么”，在日常操作中，相信很多人在C++中const的實現原理是什么問題上存在疑惑，小編查閱了各式資料，整理出簡單好用的操作方法，希望對大家解答”C++中const的實現原理是什么”的疑惑有所幫助！接下來，請跟著小編一起來學習吧！

1、什么是const? 
常類型是指使用類型修飾符const說明的類型，常類型的變量或對象的值是不能被更新的。（當然，我們可以偷梁換柱進行更新：） 

2、為什么引入const？ 
const 推出的初始目的，正是為了取代預編譯指令，消除它的缺點，同時繼承它的優點。 

3、cons有什么主要的作用？ 

（1）可以定義const常量，具有不可變性。 例如： 
const int Max=100; int Array[Max]; 

（2）便于進行類型檢查，使編譯器對處理內容有更多了解，消除了一些隱患。例如： void f(const int i) { .........} 編譯器就會知道i是一個常量，不允許修改； （3）可以避免意義模糊的數字出現，同樣可以很方便地進行參數的調整和修改。 同宏定義一樣，可以做到不變則已，一變都變！如（1）中，如果想修改Max的內容，只需要：const int Max=you want;即可！ 

（4）可以保護被修飾的東西，防止意外的修改，增強程序的健壯性。 還是上面的例子，如果在函數體內修改了i，編譯器就會報錯； 例如： 
void f(const int i) { i=10;//error! } 

（5） 為函數重載提供了一個參考。 
class A { ...... 
void f(int i) {......} //一個函數 
void f(int i) const {......} //上一個函數的重載 ...... 
}; 

（6） 可以節省空間，避免不必要的內存分配。 例如： 
#define PI 3.14159 //常量宏 
const doulbe Pi=3.14159; //此時并未將Pi放入ROM中 ...... 
double i=Pi; //此時為Pi分配內存，以后不再分配！ 
double I=PI; //編譯期間進行宏替換，分配內存 
double j=Pi; //沒有內存分配 
double J=PI; //再進行宏替換，又一次分配內存！ 
const定義常量從匯編的角度來看，只是給出了對應的內存地址，而不是象#define一樣給出的是立即數，所以，const定義的常量在程序運行過程中只有一份拷貝，而#define定義的常量在內存中有若干個拷貝。 

（7） 提高了效率。 編譯器通常不為普通const常量分配存儲空間，而是將它們保存在符號表中，這使得它成為一個編譯期間的常量，沒有了存儲與讀內存的操作，使得它的效率也很高。 

4、如何使用const？ 

（1）修飾一般常量 一般常量是指簡單類型的常量。這種常量在定義時，修飾符const可以用在類型說明符前，也可以用在類型說明符后。 例如： 
int const x=2; 或 const int x=2; 

（2）修飾常數組 定義或說明一個常數組可采用如下格式：  
int const a[5]={1, 2, 3, 4, 5};  
const int a[5]={1, 2, 3, 4, 5}; 

（3）修飾常對象 常對象是指對象常量，定義格式如下： 
class A; const A a; 
A const a; 定義常對象時，同樣要進行初始化，并且該對象不能再被更新，修飾符const可以放在類名后面，也可以放在類名前面。  

（4）修飾常指針 
const int *A; //const修飾指向的對象，A可變，A指向的對象不可變 
int const *A; //const修飾指向的對象，A可變，A指向的對象不可變 
int *const A; //const修飾指針A， A不可變，A指向的對象可變 
const int *const A;//指針A和A指向的對象都不可變 

（5）修飾常引用 使用const修飾符也可以說明引用，被說明的引用為常引用，該引用所引用的對象不能被更新。其定義格式如下：  
const double & v;  

（6）修飾函數的常參數 const修飾符也可以修飾函數的傳遞參數，格式如下： 
void Fun(const int Var); 告訴編譯器Var在函數體中的無法改變，從而防止了使用者的一些無意的或錯誤的修改。 

（7）修飾函數的返回值： const修飾符也可以修飾函數的返回值，是返回值不可被改變，格式如下： 
const int Fun1(); const MyClass Fun2(); 

（8）修飾類的成員函數： const修飾符也可以修飾類的成員函數，格式如下： 
class ClassName { 
public:  
int Fun() const; ..... 
}；
這樣，在調用函數Fun時就不能修改類里面的數據 

（9）在另一連接文件中引用const常量 
extern const int i;//正確的引用 
extern const int j=10;//錯誤！常量不可以被再次賦值 另外，還要注意，常量必須初始化！ 例如： const int i=5; 

所謂C++編譯器，C++編譯器是C++中的一個與標準化高度兼容的編譯環境，編譯器對不同的CPU會進行不同的優化，下面說明C++編譯器進行Const常量分配存儲空間的說明介紹。

Const 是C++中常用的類型修飾符，有某些微妙的應用場合，如果沒有搞清本源，則錯誤在所難免。本篇中將對const進行辨析。溯其本源，究其實質，希望能對大家理解const有所幫助，根據思維的承接關系，分為如下幾個部分進行闡述。C++的提出者當初是基于什么樣的目的引入（或者說保留）const關鍵字呢？，這是一個有趣又有益的話題，對理解const很有幫助。

1． 大家知道，C++有一個類型嚴格的編譯系統，這使得C++程序的錯誤在編譯階段即可發現許多，從而使得出錯率大為減少，因此，也成為了C++與C相比，有著突出優點的一個方面。

2． C++中很常見的預處理指令 #define VariableName VariableValue 可以很方便地進行值替代，這種值替代至少在三個方面優點突出：一是避免了意義模糊的數字出現，使得程序語義流暢清晰。

二是可以很方便地進行參數的調整與修改，如上例，當人數由107變為201時，進改動此處即可，三是提高了程序的執行效率，由于使用了預編譯器進行值替代，并不需要為這些常量分配存儲空間，所以執行的效率較高。鑒于以上的優點，這種預定義指令的使用在程序中隨處可見。

3． 說到這里，大家可能會迷惑上述的1點、2點與const有什么關系呢?,好，請接著向下看來：

預處理語句雖然有以上的許多優點，但它有個比較致命的缺點，即，預處理語句僅僅只是簡單值替代，缺乏類型的檢測機制。這樣預處理語句就不能享受C++嚴格類型檢查的好處，從而可能成為引發一系列錯誤的隱患。

4．好了，第一階段結論出來了：

結論： Const 推出的初始目的，正是為了取代預編譯指令，消除它的缺點，同時繼承它的優點。

現在它的形式變成了：

Const DataType VariableName = VariableValue ;為什么const能很好地取代預定義語句？const 到底有什么大神通，使它可以振臂一揮取代預定義語句呢？

1． 首先，以const 修飾的常量值，具有不可變性，這是它能取代預定義語句的基礎。

2． 第二，很明顯，它也同樣可以避免意義模糊的數字出現，同樣可以很方便地進行參數的調整和修改。

3． 第三，C++的編譯器通常不為普通const常量分配存儲空間，而是將它們保存在符號表中，這使得它成為一個編譯期間的常量，沒有了存儲與讀內存的操作，使得它的效率也很高，同時，這也是它取代預定義語句的重要基礎。

這里，我要提一下，為什么說這一點是也是它能取代預定義語句的基礎，這是因為，編譯器不會去讀存儲的內容，如果編譯器為const分配了存儲空間，它就不能夠成為一個編譯期間的常量了。

4． 最后，const定義也像一個普通的變量定義一樣，它會由編譯器對它進行類型的檢測，消除了預定義語句的隱患。

我們也許學習過const的使用，但是對于const的細致的技術細節卻不一定掌握。const的用法在許多的教材上只是簡單的介紹，在這里我們對 const進行細致的概念以及用法剖析。const 是由c++采用，并加進標準c中，但是他們的意義完全不同，在舊版本(標準前)的c中，如果想建立一個常量，必須使用預處理器：
#define PI 3.14159

此后無論在何處使用PI，都會被預處理器以3.14159替代。編譯器不對PI進行類型檢查，也就是說可以不受限制的建立宏并用它來替代值，如果使用不慎，很可能由預處理引入錯誤，這些錯誤往往很難發現。

我們也不能得到PI的地址（即不能向PI傳遞指針和引用）。
c++引入了命名常量的概念，命名常量就像變量一樣，只是它的值不能改變，如果試圖改變一個const 對象，編譯器將會產生錯誤。 const 和正常變量一樣有作用域，所以函數內部的const也不會影響程序的其余部分。在c++中const可以取代預處理器#define來進行值替代， const有安全的類型檢查，所以不用擔心會像預處理器一樣引入錯誤。

在通常的情況下const同預處理器#define一樣只是將所賦值保存入編譯器的符號表中（符號表僅僅在編譯時存在，在編譯過程中編譯器將程序中的名字與之在符號表中定義的數值作簡單的替換），在使用的時候進行值替換，并不為const創建存儲空間。我們將const的定義放進頭文件里，這樣通過包含頭文件，可以把const定義單獨放在一個地方并把它分配給一個編譯單元，const默認為內部連接（內部連接意味著只對正在編譯的文件創建存儲空間，別的文件可以使用相同的標示符和全局變量，編譯器不會發現沖突，外部連接意味著為所有被編譯過的文件創建一片單獨的存儲空間，一般全局變量和函數名的外部連接通過extern聲明，可以通過其他的文件訪問）也就是說const僅能被它所定義過的文件訪問，在定義一個const時，必須賦一個值給它，除非用extern做出說明：

extern const int a;

這表示const的定義在其他的什么地方，這里僅僅是一個聲明，但是這樣的做法使const使用了外部連接，也就是說上面的extern強制進行了對const的存儲空間分配，這樣我們就無法再用const作為常量折疊（在可能的情況下，符號常量的值會代替改名字的出現，這個替代過程叫做常量折疊）使用了，即使我們在其他地方定義了const的值,如：

extern const int a=3;

因為const的值被放入了存儲單元，在編譯的過程中，編譯器不會去讀存儲單元的內容。如果我們這樣做：

int b[a];

編譯器就會給我們一個錯誤信息。

想不為const分配存儲空間是不可能的，因為對于復雜的結構，例如集合，編譯器不會復雜到將集合保存到它的符號表中，所以必須分配內存空間，這就意味著“這是一塊不能改變的存儲空間”，當然也就不能在編譯期間使用它的值，因為編譯器不知道存儲的內容：

const int i[]={1,2,3,4};

//float f[i[2]];
//將得到錯誤信息，編譯器提示不能在數組定義里找到一個常數表達式。

因為編譯器靠移動棧指針來存儲和讀取數據。
也因此，由于無法避免為const分配內存，所以const的定義必須默認為內部連接，否則由于眾多的const在多個文件中分配內存，就會引起錯誤。下面我們看一段簡單有效的代碼來說明const的常量折疊：

復制代碼 代碼如下:

#include <iostream.h>
const int a=3;
const int b=a+1;
float *f=(float*)&b;
char c[b+3];
void main()
{
const char gc=cin.get();
const char c2=gc+3;
}

我們可以看到，a是一個編譯器期間的const，b是從a中計算出來的，由于a是一個const，b的計算值來自一個常數表達式，而它自身也是一個編譯器間的const，接著下面指針f取得了b的地址，所以迫使編譯器給b分配了存儲空間，不過即使分配了存儲空間，由于編譯器已經知道了b的值,所以仍然不妨礙在決定數組c的大小時使用b。

在主函數main()里，標識符gc的值在編譯期間是不知道的，這也意味著需要存儲空間，但是初始化要在定義點進行，而且一旦初始化，其值就不能改變，我們發現c2是由gc計算出來的，它的作用域與其他類型const的作用域是一樣的，這是對#define用法的一種改進。

在c++引進常量的時候，標準c也引入了const，但是在c中const的意思和在c++中有很大不同，在c中const的意思是“一個不能改變的普通變量”，const常量總是被分配存儲空間而且它的名字是全局符即const使用外部連接。于是在c中：

const int size=100;
char c[size];

得出一個錯誤。但是在c中可以這樣寫：

const int size;

因為c中的const被默認為外部連接，所以這樣做是合理的。
在c語言中使用限定符const不是很有用，如果希望在常數表達式里（必須在編譯期間被求值）使用一個已命名的值，必須使用預處理器#define。

在c++中可以使指針成為const，這很有用，如果以后想在程序代碼中改變const這種指針的使用，編譯器將給出通知，這樣大大提高了安全性。在用帶有const的指針時，我們有兩種選擇：const修飾指針指向的對象，或者const修飾指針自己指向的存儲空間。

如果要使指向的對象不發生改變，則需要這樣寫：

const int *p;

這里p是一個指向const int 的指針，它不需要初始化，因為p可以指向任何標識符，它自己并不是一個const，但是它所指的值是不能改變的，同樣的，我們可以這樣寫：

int const *p;

這兩種方法是等同的，依據個人習慣以及編碼風格不同，程序員自己決定使用哪一種形式。
如果希望使指針成為一個const必須將const標明的部分放在*右邊。

int a=3;
int *const j=&a

編譯器要求給它一個初始值，這個值在指針的生命期間內不變，也就是說指針始終指向a的地址，不過要改變它地址中的值是可以的：

*j+=4;

也可以是一個const指針指向一個const對象：
const int *j1=&a;
int const *j2=&a;

這樣指針和對象都不能改變，這兩種形式同樣是等同的。在賦值的的時候需要注意，我們可以將一個非const的對象地址賦給一個const指針，但是不能將一個const對象地址賦給一個非const指針，因為這樣可能通過被賦值的指針改變對象的值，當然也可以用類型的強制轉換來進行const對象的賦值，但是這樣做打破了const提供的安全性。

const也被用于限定函數參數和函數的返回值，如果函數參數是按值傳遞時，即表示變量的初值不會被函數改變，如果函數的返回值為const那么對于內部類型來說按值返回的是否是一個cosnt是無關緊要的，編譯器不讓它成為一個左值，因為它是一個值而不是一個變量，所以使用const是多余的，例如：
const int f(){return 1;}
void main(){int a=f();}

但是當處理用戶定義類型的時候，按值返回常量就很有意義了，這時候函數的返回值不能被直接賦值也不能被修改。僅僅是非const返回值能作為一個左值使用，但是這往往失去意義，因為函數返回值在使用時通常保存為一個臨時量，臨時量被作為左值使用并修改后，編譯器將臨時量清除。結果丟失了所有的修改。
可以用const限定傳遞或返回一個地址（即一個指針或一個引用）：

復制代碼 代碼如下:

const int * const func(const int *p)
{ static int a=*p;
return &a;
}

參數內的const限定指針p指向的數據不能被改變，此后p的值被賦給靜態變量a,然后將a的地址返回，這里a是一個靜態變量，在函數運行結束后，它的生命期并沒有結束，所以可以將它的地址返回。因為函數返回一個const int* 型，所以函數func的返回值不可以賦給一個非指向const的指針，但它同時接受一個const int * const和一個const int *指針，這是因為在函數返回時產生一個const臨時指針用以存放a的地址，所以自動產生了這種原始變量不能被改變的約定，于是*右邊的const只有當作左值使用時才有意義。

const同樣運用于類中，但是它的意義又有所不同，我們可以創建const的數據成員，const的成員函數，甚至是const的對象，但是保持類的對象為const比較復雜，所以const對象只能調用const成員函數。

const的數據成員在類的每一個對象中分配存儲，并且一旦初始化這個值在對象的生命期內是一個常量，因此在類中建立一個const數據成員時，初始化工作必須在構造函數初始化列表中。如果我們希望創建一個有編譯期間的常量成員，這就需要在該常量成員的前面使用static限定符，這樣所有的對象都僅有一個實例：

復制代碼 代碼如下:

class X
{
static const int size=50;
int a[size];
public:
X();
};

const對象只能調用const成員函數，一個普通對象同樣可以調用const成員函數，因此，const成員函數更具有一般性，但是成員函數不會默認為const。聲明一個const成員函數，需要將const限定符放在函數名的后面：

void f (void ) const;

當我們運用const成員函數時，遇到需要改變數據成員，可以用mutable進行特別的指定：

復制代碼 代碼如下:

class X
{
mutable int i;
public:
X();
void nochange() const;
};

void X::nochange const(){i++;}
const消除了預處理器的值替代的不良影響，并且提供了良好的類型檢查形式和安全性，在可能的地方盡可能的使用const對我們的編程有很大的幫助。

到此，關于“C++中const的實現原理是什么”的學習就結束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實踐的搭配能更好的幫助大家學習，快去試試吧！若想繼續學習更多相關知識，請繼續關注億速云網站，小編會繼續努力為大家帶來更多實用的文章！