浅谈C++中const与constexpr的区别

Thea ·
更新时间:2024-11-10
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一.const常量与#define比较

二.const修饰

1.修饰普通变量,必须初始化

2.修饰类变量和成员变量

3.修饰成员函数

4.修饰指针

5.修饰引用

三.const转换

四.顶层const与底层const

五.C++11新引入的constexpr

一.const常量与#define比较

define只是简单的替换,没有类型,const可以做到防窜改与类型安全。

而且#define会在内存中可能(有几次替换就有几次拷贝)有多份拷贝,对于字面值常量加不加const都一样,例如:const char* arr = “123”;,储存在常量区,只有一份拷贝;对于局部对象,常量存放在栈区,例如:void add(){const char crr[] = “123”;},这里“123”本应储存在栈上,但编译器可能会做某些优化,将其放入常量区;对于全局对象,常量存放在全局/静态存储区;用const会比#define使用更少的空间,效率更高。

这里有一个小例子:char* brr = "123"; char drr[] = "123";前者字符串123存在常量区,不能通过brr去修改"123"的值;后者"123"保存在栈区,可以通过drr去修改。

现在C++除了一些特定用法,推荐用const,inline,enum等替换宏——来自《Effective C++》条款02

二.const修饰 1.修饰普通变量,必须初始化

const int a = 10; 表示int对象a,是一个常量,不可以改变值,从编译器生成二进制角度看,生成的a存放在.rodata段,也就是只读(readonly)区域。不过并不绝对,有的时间统计优化等级开的高,也不取地址,可能会优化成立即数在.text段中。

2.修饰类变量和成员变量 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类成员m_iV是const变量,必须放到初始化列表中进行初始化,不能进行赋值。

对于静态常成员,与普通静态成员类似,推荐放到类外.cpp中初始化。

aa只能调用const函数,如aa.GetValue(),不能调用非常成员函数aa.AddValueOneTime()。

对于这种const对象,又想修改成员,可以在成员声明加上mutable,这样const对象aa也可以修改m_iChangeV,这种用法比较少。

3.修饰成员函数

表示这个函数可以被const对象调用,也可以被普通对象调用,不会改变对象的成员,也就是说更像一种只读不写型的逻辑运算,所以有些人推荐类成员函数,可以都加上const。有一个小技巧,当const和non-const成员函数有着实质等价的实现时,令non-const版本调用const版本可避免代码重复;但反过来不行,const函数内部也必须只能调用const函数—— 《Effective C++》条款03

有一点要注意,编译器强制实施bitwase constness,但编写程序时应该使用conceptual constness,解决编译器的bitwase constness属性就用到了上述的mutable。关于介绍bitwase constness的具体表现可以参考《Effective C++》条款03。

4.修饰指针 const char* p1; char const *p2; char* const p3; const char* const p4;

对于初学者来说这大概是很难理解的一个知识点,怎么区分这四个呢?记住秘诀,直接从右向左读就一招制敌了。

p1是一个指针,指向char字符常量,表示p1所指对象内容不可以改,所指地址可以改。

p2同p1,写法不同,两者等价。

p3是一个常量,且是个指针,指向char字符,表示p3所指对象内容可以改,所指地址不可以改。

p4是一个常量,且是个指针,指向char字符常量,表示p4所指对象内容不可以改,且所指地址也不可以改。

相对来说p1,p2是最常用传参或者返回值的手段。

5.修饰引用

修饰引用和对象差不多,对象内容不可以改变。作为函数参数传参数,不存在copy开销,这是比较推荐的写法,例如:拷贝构造函数,赋值构造,STL里用于比较的函数或者仿函数,详情请参阅《Effective C++》条款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;

因为常引用不能改变,这种情况下编译器会创建一个临时变量来处理隐式转换,我们实际是对临时变量进行了常引用。

三.const转换

一般来说,从T*转换到const T*是比较简单的,且编译器支持的隐式转换,也可以显示的用模板处理,例如我们简单写一下RemoveConst模板,最后用using化名一下。但从const T*T*就麻烦一些,推荐使用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.顶层const与底层const

简单来说const修饰的对象本身不能改变就是顶层const,但如果是指针或者引用的对象不能改变,则称为底层const。

const int cV = 10; cV是顶层const,本身不能改变

char const *p2; p2是底层const,p2本身值可以改变,但所指内容不可以改变

char* const p3; p3是顶层const,p3的本身值不可以改变

const char* const p4; p4既是顶层const,又是底层const

注:对于上述模板RCType是无法移除p2这种底层const,如果要移除,请用const_cast<T*>移除,但这种操作可能引起Crash或者未知风险

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

这个关键字表示这是一个常量表达式,是一个编译期就可以确认的值,最常用于模板中,例如模板递归求值。

它可不只是变量,例如:

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

iSize1是个常量,编译期的,但iSize2就不一定,它虽然不能改变,但要到GetSize()执行结束,才能知道具体值,这与常量一般在编译期就知道的思想不符,解决这个问题的方法就是改为:constexpr int iSize2 = GetSize(); 这样要求GetSize()一定要能在编译期就算出值,下面几个例子中GetSizeError()就会编译失败。GetFibo函数,编译期就已经递归计算出值。

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;

当然我们可以用模板写GetCalc函数:

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;

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