Многоликий const
Ключевое слово const — одно из самых многозначных в C++. Правильно использование const позволяет организовать множество проверок ещё на этапе компиляции и избежать многих ошибок из числа тех, которые бывает трудно найти при помощи отладчиков и/или анализа кода.
Первая половина заметки рассчитана скорее на начинающих (надеюсь мнемоническое правило поможет вам запомнить, где и для чего используется const), но, возможно, и опытные программисты смогут почерпнуть интересную информацию о перегрузке методов по const.
Константы и данные
Самый простой случай — константные данные. Возможно несколько вариантов записи:
Все они правильные и делают одно и тоже — создают переменную, значение которой изменить нельзя.
Константы и указатели
При использовании const с указателями, действие модификатора может распространяться либо на значение указателя, либо на данные на которые указывает указатель.
Работает (const относится к данным):
Тоже самое и тоже работает:
А вот это уже не работает:
Если бы операция присвоения изменяла бы не указатель, а данные:
то ситуация была бы диаметрально противоположной.
Существует мнемоническое правило, позволяющее легко запомнить, к чему относится const. Надо провести черту через «*», если const слева, то оно относится к значению данных; если справа — к значению указателя.
Ну и конечно, const можно написать дважды:
Константы и аргументы/результаты функций
C функциями слово const используется по тем же правилам, что при описании обычных данных.
Константы и методы (перегрузка)
А вот с методами есть одна тонкость.
Во-первых, для методов допустимо использование const, применительно к this. Синтаксис таков:
Кроме того, этот const позволяет перегружать методы. Таким образом, вы можете писать оптимизированные варианты методов для константных объектов.
И ещё… я собрался в отпуск… возможно, не смогу ответить на комментарии до понедельника-вторника. Не сочтите за невнимание 🙂
Как пользоваться const в C++?
С помощью ключевого слова const в C++ можно объявлять не только константы. Оно имеет много значений. И не лишним будем понимать каждое из них. Это позволяет писать более надежный код, указывая компилятору на ограничения, которые он должен проверять. Таким образом, любая попытка неправильного использования переменной или функции, объявленной с использованием const , будет выявлена на самых ранних этапах.
Реклама
Переменные и const
Наиболее простой и интуитивно понятный вариант использования const заключается в объявлении константных значений:
Похожего результата можно добиться с помощью макросов:
Но вариант с макросом не столь хорош, поскольку не дает возможности указать тип переменной. Из-за возможных проблем с типизацией лучше пользоваться константами, а не макросами. Более того, макросов лучше и вовсе избегать. В C++ реализована прекрасная поддержка шаблонных функций и классов, которые в большинстве случаев представляют более надежную альтернативу. Однако стоит признать, что бывают случаи, когда макросы оказываются полезными. Но сейчас речь не о них.
Таким образом, если мы объявили переменную с const , то значение должно быть присвоено сразу. Потом уже ничего не сделать. А что, если нам надо объявить константный вектор? В C++11 для этого предусмотрена специальная конструкция:
А что, если мы по какой-то причине не может пользоваться C++11? И в этом случае можно легко объявить константный вектор:
То есть для сложных типов, которые не получается заполнить в одну строку, достаточно вынести компоновку в отдельную функцию для инициализации. С другой стороны, мы могли бы объявить вектор в функции makeVector() с ключевым словом static и вместо константы использовать саму функцию. Но это уже дело вкуса:
Константная ссылка объявляется схожим образом:
Суть константных ссылок заключается в том, что мы получаем доступ к значению переменной, на которую сделана ссылка, но изменить ее не имеем права. Основное назначение константных ссылок заключается в передаче входных параметров функциям. Но об этом немного позже.
Для указателей существует три варианта использования const :
В варианте 1 мы получили указатель, который можно использовать как более гибкую константную ссылку. Он работает почти так же, но мы можем в любой момент сослаться на другую переменную. Вариант 2 работает так же, как обычная ссылка. Значение менять можно, а указать на другую переменную не выйдет. И наконец вариант 3. Он равносилен случаю константной ссылки. То есть один раз объявили указатель и ничего больше менять не можем.
В первом и втором варианте вполне можно обойтись использованием ссылок. Особой разницы нет. Для третьего ограничиться ссылкой получится не всегда. Например:
Строку в стиле C с помощью ссылки мы объявить не сможем. Нужен указатель. И он должен быть константным, поскольку изменение содержания строки запрещено и приведет к неопределенному поведению. А второй const здесь не помешает, чтобы получить жесткую привязку указателя к заданному значению и запретить случайные присвоения:
Реклама
Функции и const
Общее правило для применений const в функциях достаточно простое. Входные параметры лучше объявлять с ключевым словом const . Однако примитивные типы int , double , char и т.д. являются исключениями из этого правила. Это объясняется тем, что примитивные типы эффективнее передавать по значению, а не по ссылке или указателю. Причиной этому служит то, что большинство примитивных типов меньше по размеру, чем адрес в памяти, который нужно было бы передать в противном случае. Кроме того, передача по значению упрощает работу оптимизатору, поскольку выполняется прямое копирование, а не косвенные операции в адресном пространстве.
Если же вы хотите передать в функцию объект структуры или класс, то используйте константную ссылку:
Каноничным примером на этот случай является конструктор копирования:
Если бы мы попытались передать в конструктор копирования не ссылку, а значение, то для инициализации этого значения нам пришлось бы вызвать конструктор копирования, который мы и хотим реализовать.
Еще const можно использовать для объявления константных функций-членов классов:
У класса в примере две функции: set() и get() . Первая предназначена для установки значения, а вторая для его получения. Ключевое слово const в этом случае позволяет нам явно об этом сообщить. Причем, эта информация будет полезна и компилятору, и тем, кто будет работать с нашим классом. Ведь они будут знать, что константные функции-члены не меняют состояние класса. Можно сравнить это с флагом read-only. Вот что будет, если передать константную ссылку на объект класса MyClass в функцию:
То есть объявив функцию-член get() , как константную, мы пояснили компилятору, что она не меняет состояние объекта и предназначена только для чтения. Если бы мы забыли про const , то в функции myFunction() мы бы ничего не смогли сделать с экземплярами класса MyClass , а компилятор бы выдавал ошибки при попытке вызова его функций-членов. Но если бы оказалось, что нам и правда нужно менять состояние объекта, то ключевое слово const из сигнатуры функции пришлось бы убрать. А по принятым соглашениям ссылку имело бы смысл заменить на указатель:
Но тут есть один тонкий момент. Иногда бывает полезно инкапсулировать информацию о том, что на самом деле внутреннее состояние класса меняется, но все равно объявить функцию-член константной. Например, в многопоточной среде мы можем использовать мьютексы:
И что же делать? — Для этого в C++ предусмотрено ключевое слово mutable . Если мы объявим поле мьютекса, как mutable , то укажем компилятору, что состояние объекта может меняться даже в константных функциях-членах:
Заключение
Вот мы и разобрались с ключевым словом const в С++. Оно имеет довольно много значений и позволяет улучшить надежность и читаемость кода, если правильно им пользоваться. Поэтому я нахожу довольно странным, что в большинстве других языков программирования, которые мне известны, хоть и есть некие аналоги const , но имеют в них ограниченную область применения. Более того, я считаю, что в C++ реализована одна из лучших возможных схем управления константами.
C++ — Урок 003. Константы
Для того, чтобы функция использовалась в константном выражении, то есть, вычислялась компилятором, необходимо определить её со спецификатором constexpr .
constexpr функция должна быть достаточно простой, чтобы вычисляться компилятором, а также возвращать вычисленное значение. constexpr функции могут вызываться неконстантыми аргументами в контексте которых не требуются константные выражения.
const
Объекты со спецификатором const не могут быть изменены, а также должны быть инициализированы.
Поскольку объекты со спецификаторов const не могут быть изменены, то следующий код будет ошибочным:
Обратите внимание, что const изменяет тип объекта, а не указание того, как должна быть назначена переменная. const ограничивает способы работы с объектом.
При использовании указателя задействуются два объекта: сам указатель и объект, на который указывает. Префиксное’ объявление указателя с const делает константным объект, а не указатель. Чтобы объявить как const сам указатель, а не объект, на который он указывает, необходимо поместить const после символа указателя. Например:
Местоположение const относительно базового типа не принципиально, поскольку не существует типа данных const*. Принципиальным является положение const относительно символа *. Поэтому возможны следующие записи:
Объект, который является константой при доступе через один указатель, может быть изменяемым при доступе иными способами. Это особенно полезно для аргументов функции. Объявляя аргумент указателя как const , функции запрещается изменять объект, на который указывает. Например:
Первая версия используется для строк, элементы которых не должны быть изменены функцией и возвращает указатель на const, который не позволяет изменять результат. Вторая версия используется для изменяемых строк.
Вы можете назначить адрес неконстантной переменной указателю на константу, потому что это не может нанести никакого вреда. Однако адрес константы нельзя назначить неконстантному указателю, поскольку это позволит изменить значение объекта. Например:
constexpr
Константное выражение является выражением, которое вычисляется во время компиляции. Константные выражения не могут использовать значения и переменные, которые не известны во время компиляции.
Существует множество причин, по которым кому-то может понадобиться именованная константа, а не буква или значение, хранящееся в переменной:
- Именованные константы упрощают понимание и поддержку кода.
- Переменная может быть изменена (поэтому мы должны быть более осторожными в наших рассуждениях, чем для константы).
- Язык требует постоянных выражений для размеров массивов, меток case и аргументов значений шаблона.
- Программисты встраиваемых систем любят помещать неизменяемые данные в постоянное запоминающее устройство. Потому что доступная только для чтения память дешевле, чем динамическая память (с точки зрения затрат и потребления энергии) и часто более многочисленная. Кроме того, данные в постоянной памяти защищены от большинства сбоев системы.
- Если инициализация выполняется во время компиляции, то в многопоточной программе системе не может быть никаких расхождений данных.
- Выполнение вычислений на этапе компиляции улучшает производительность программы.
Значение constexpr вычисляется во время выполнения компиляции, и если оно не может быть вычислено, то компилятор выдаст ошибку.
Возможности константных выражений достаточно велики, поскольку имеется возможность использовать целочисленнные типы данных, данные с плавающей точкой, перечисления, а также операторы, которые не изменяют значения переменных (такие как +, ? и [] , но не = или ++ )