什么是 C++ 中的 const

发表于 更新于 分类于

C++中的`const`是一个非常容易混淆的概念，我认为这主要是因为`const`的设计不够完善导致的，尽管目前C++11中新加入了`constexpr`关键词，解决了一部分问题，但是还有很多本质上的问题没有得到解决，甚至很多人都没有认识到这些问题的本质。我在这里解释一下我对C++中`const`的理解，并且试图分析其所解决的本质问题，对于部分问题，给出一些其他方案。

C++中的`const`的3种用法

C++中的`const`有3种用法：

  1. 修饰一个变量（类型），表示这个变量（类型）不可修改

  2. 修饰一个变量（类型），表示这是一个常量

  3. 修饰一个成员函数，表示这个成员函数不会修改类的内部状态

这三种用法中，第2种已经被新的关键字`constexpr`所取代，而第1种和第2种用法或多或少有些问题。

`const`表示变量（类型）不可修改

代码实例：

const int a = f();
cout << a << endl; // OK
a = 5; // Compile Error! `a` is readonly.

其实大家在使用这种方式的时候，只是想表明被修饰的*变量*a`是只读的。但是C++在这里有一个问题，就是`const`修饰的并不是变量，而是*变量的类型*。这里变量`a`的类型是`int const，这个类型和`int`是不兼容的，这经常导致一些非常傻逼的情况：

  1. 将函数的返回值类型设置为`const`类型的

  2. 将函数的参数类型设置为`const`类型的，到后来发现有一个很深的依赖函数需要修改这个值

第1种情况在修饰栈上对象的时候就是一种纯傻逼行为，因为函数返回的时候一拷贝就能去掉`const`修饰符，相当于什么都没干；在修饰指针（含引用）类型的时候，则需要更多的考虑以防出现第2种情况这样缺乏远见的行为。

C++之所以这么做，就是因为对象有可能是在栈上的，也有可能是堆上的，而这两种情况对于用户是不透明的，用户必须知道这个对象是在哪儿的，并且在代码中反映出这种不同，这对于C++程序员而言是相当痛苦的。当一个对象是在堆上的时候，尽管我们不允许修改指向这个对象实例的指针，但是仍然有可能修改其所指向的对象实例的内容。为了防止这种情况发生，C++设计的时候让`const`修饰类型，这样我们使用只读类型的时候，无论是在栈上还是堆上都不能修改对象实例的内容了。

`const`修饰成员函数

示例代码：

class A
{
private:
    int m_id;
public:
    int get_id(void) const;
    void set_id(int id);
}

这个问题和上一个问题是高度相关的，正因为`const`在表示只读时修饰的是类型，所以就需要标记出哪些成员函数是只读的，这些成员函数可以在只读类型中继续使用，而其他成员函数不可以。

说到这里，我们突然发现，const`的这种用法竟然是在定义一个新的类型——`X`类型的只读类型`X const。

这也是为什么很多程序员都不愿意在成员函数上标记`const`。

C#中的`readonly`关键字

C#中有两个关键字，readonly`和`const。前者用于修饰一个变量，表示该变量只读。后者也是用于修饰一个变量，表示该变量是编译时期常量。我认为这是一种比较好的设计，因为这种设计中，两个关键字分别表示两种完全不同的语义，并且`readonly`的语义符合人们修饰一个变量而非其类型的预期。

`readonly`只能控制栈上（含寄存器）对象不被修改，比如`int`类型的变量，或者对象引用本身。如果想要控制堆上变量不被修改，则需要针对这一类型定义一种新的只读接口，使用这一只读接口类型才能控制堆上变量本身不被修改。

示例代码

interface AReadOnly {
    int GetId();
}
class A {
    private int m_id;
    public GetId();
    public SetId(int id);
}

AReadOnly a_const = new A();