C++中类中const知识应用详解
下面将从const 成员、const 成员函数、const 对象、mutable、constexpr 等方面，逐一详解 C++ 类中常见的 const 用法及注意事项，并配合示例。一、const 数据成员
1.必须在初始化列表中初始化
class A {
const int x; // const 成员
public:
A(int v) : x(v) { } // ❌ 合法：初始化列表中初始化
// A(int v) { x = v; } // ❌ 错误：无法在函数体内赋值
};
2.不可修改
一旦初始化，之后在对象生存期内不能再改变。
可用于对外保证成员不被篡改。
与静态成员结合
class B {
static const int N = 100;// 类内常量，若需要 ODR 定义，则在 cpp 中：
// const int B::N;
};
static const 整数／枚举成员可在类内直接给初始值，不占实例空间。
二、const 成员函数
在成员函数后添加 const，表明该函数不会修改任何非 mutable 成员，也不会调用非 const 成员函数。
class C {
int x;
public:
C(int v): x(v) {}
intgetX() const { // 常量成员函数
return x; // 只能访问 x，不可修改
}
void setX(int v) { // 非 const 函数
x = v;
}
};
调用约束
const C c1(5);
c1.getX(); // ✅ 可以调用 const 成员函数
// c1.setX(7); // ❌ 错误：不能调用非 const 成员函数
隐式 this 类型
在 const 成员函数中，this 的类型为 const C*，保证不可修改成员。
三、const 对象
C obj1(3); // 普通对象
const C obj2(4); // 常量对象，只能调用 const 成员函数
只读语义：obj2 的所有非 static 数据成员对于外部都是只读的。
可与指针/引用混用：
void foo(const C& c);
foo(obj1); // OK，将 obj1 作为只读参数
四、mutable 修饰符
当你希望在 const 成员函数中仍然修改某些成员，可将它们声明为 mutable：
class Logger {
mutable std::ostream& os;// 即使在 const 函数中也可修改
public:
Logger(std::ostream& _os): os(_os) {}
void log(const std::string& msg) const {
os << msg << std::endl; // OK，os 是 mutable
}
};
场景：缓存、延迟初始化、统计访问次数等。
五、constexpr 与常量表达式
C++11 起，可将成员函数或构造函数声明为 constexpr，使其在编译期计算：
class Point {
int x, y;
public:
constexpr Point(int _x, int _y): x(_x), y(_y) {}
constexpr int getX() const { return x; }
constexpr int getY() const { return y; }
};
constexpr Point p(1,2);
static_assert(p.getX() == 1, "");// 在编译期验证
注意：
constexpr 成员函数 必须 同时 是 const（除了构造函数）。
只有在满足编译期求值规则时才真正成为常量表达式。
六、与继承结合
struct Base {
virtual void foo() const {
// ...
}
};
struct Derived : Base {
void foo() const override { // 覆盖 const 成员函数
// ...
}
};
覆盖时签名要一致：返回类型、参数列表后是否 const 都要相同，否则不构成覆盖。
七、注意事项汇总
忘记在初始化列表中初始化 const 成员
会导致编译错误。
在 const 成员函数中尝试修改非 mutable 成员
编译器会报错，防止越界修改。
constexpr 函数应当尽量简单
包含循环与分支也支持，但要遵守常量表达式的限制。
不要滥用 mutable
可能破坏对象的逻辑常量性（logical constness），只在真正需要缓存、延迟初始化时使用。
接口设计
对于只读操作，应当标记为 const；有副作用的操作，要去除 const，让常量对象无法调用。
八、综合示例
#include <iostream>
#include <vector>
class Matrix {
const int rows, cols; // 必须初始化
std::vector<double> data; // 默认构造
mutable bool dirty; // 缓存标志
public:
// constexpr 构造 + 初始化列表
constexpr Matrix(int r, int c)
: rows(r), cols(c), data(r*c), dirty(true) {}
// const 成员函数：只读访问
double get(int i, int j) const {
dirty = false; // OK：dirty 是 mutable
return data;
}
// 非 const 成员函数：修改
void set(int i, int j, double v) {
data = v;
dirty = true;
}
constexpr int getRows() const { return rows; }
constexpr int getCols() const { return cols; }
bool isDirty() const { return dirty; }
};
int main() {
Matrix M(2,3);
M.set(0,0,1.23);
std::cout << M.get(0,0) << "\n"; // 可以修改 dirty
std::cout << std::boolalpha
<< M.isDirty() << "\n"; // false
constexpr Matrix N(3,3);
static_assert(N.getRows()==3, "");// 编译期校验
return 0;
}
页:
[1]