C++的那些事：const用法面面观
一、const是什么
在 C/C++ 语言中，const关键字是一种修饰符。所谓“修饰符”，就是在编译器进行编译的过程中，给编译器一些“要求”或“提示”，但修饰符本身，并不产生任何实际代码。就 const 修饰符而言，它用来告诉编译器，被修饰的这些东西，具有“只读”的特点。在编译的过程中，一旦我们的代码试图去改变这些东西，编译器就应该给出错误提示。
所以，const修饰符的作用主要是利用编译器帮助我们检查自己代码的正确性。我们使用const在源码中标示出“不应该改变”的地方，然后利用编译器，帮助我们检查这些地方是否真的没有被改变过。如果我们不小心去修改了这些地方，编译器就会报错，从而帮助我们纠正错误。使用const和不使用const，对于最终编译产生的代码并没有影响。
虽然const对于最终代码没有影响，但是尽可能使用const，将帮助我们避免很多错误，提高程序正确率。
二、const可以修饰哪些对象
在上面已经提到过了，const是一种修饰符，那它可以作为哪些对象的修饰符呢？下面列举了一些C/C++中用到const的地方。
1，const变量
2，const指针
3，const引用
4，const类
5，类的const成员变量
6，类的const成员函数
7，const修饰函数的形参与返回值
下面我们分别讨论上面几种情况下，const的用法。
三、const与变量
当一个变量被const修饰后，具有以下几个特点：
1）该变量只能读取不能修改。（编译器进行检查）
2）定义时必须初始化。
3）C++中喜欢用const来定义常量，取代原来C风格的预编译指令define。
1 const int var; // Error:常量 变量"var"需要初始化设定项 2 const int var1 = 42; 3 var1 = 43; // Error：表达式必须是可以修改的左值
上面代码中第一行和第三行都有错误，注释便是编译器给出的错误提示。
另外注意，在使用const变量作为数组的下标时，变量的值一定要是一个常量表达式(在编译阶段就能计算得到结果)。
1 const int sz = 42; 2 int iAr[sz]; 3 const int sz1 = size(); // size()必须是一个返回常量的函数 4 int iAr1[sz1]; 5 6 int var = 42; 7 const int sz2 = var; 8 int iAr2[sz2]; // error：sz2只有运行时才知道值
四、const与引用
我们知道，引用必须在定义的时候赋值，这样就会所引用的变量绑定在一起并作为它的一个别名，在程序中的其他地方，是不能让引用再与其他对象绑定。这个特性，让引用看起来就像是const对象一样，一旦定义后将不能更改。所以并不存在const的引用。
但是我们却可以引用一个const的对象(变量)，我们称之为对常量的引用，与普通的引用不同的时，对常量的引用不能被用作修改它所绑定的对象。
1 const int ci = 1024; 2 const int &r1 = ci; 3 r1 = 42; // Error：r1是对常量的引用 4 int & r2 = ci; //Error：不能将一个非常量引用指向一个常量的对象
我们知道，引用的类型必须与其所引用对象的类型一致，如下面的代码：
double dval = 3.14; int& ri = dval; // Error：无法用double类型的值初始化int&类型的引用(非常量限定)
上述代码为何不行？
此处ri引用了一个int型的整数。对于ri的操作数应该是整数运算，但是dval却是一个双精度的浮点数而非整数。因此为了确保让ri绑定一个整数，编译器把上述代码变成了如下形式：
double dval = 3.14; int temp = dval; int& ri = temp;
其中temp是一个临时变量，而ri绑定了一个临时量，所以当ri改变时，并没有改变davl的值，所以这种引用是无效的。
也许你注意到了，当我们把double变量绑定在一个int&类型上时，编译器提示后有个括号：非常量限定。这说明如果是一个常量的引用，则有可能是通过的，显然下面的代码就没有任何问题：
double dval = 3.14; const int& ri = dval;
因为在这里，ri是一个常量引用，我们并不想通过ri改变dval的值，只要能读到dval对应的int型的值就行。
五、const与指针
我们知道，指针与引用不同，指针本身是一个对象，所以存在常量指针，这种指针在定义并初始化后，便不能再指向其他变量。用来修饰这种常量指针的const，我们称之为"顶层const"。
与顶层指针对应的是底层指针，这种指针指向一个const修改的对象，这一点上就有点像是常量的引用。
对于指向常量的指针或引用，都有以下规则：
1）可以将一个非const对象的地址赋给一个指向const对象的指针
2）可以将一个非const对象的地址赋给一个指向非const对象的指针
3）可以将一个const对象的地址赋给一个指向const对象的指针
4）不可以将一个const对象的地址赋给一个指向非const对象的指针。
1 int var; 2 const int ci = 42; 3 4 int *p1 =& var; 5 int *p2 = &ci; // Error,const int* 不能用于初始化int* 6 const int *p3 = &var; //ok 7 const int *p4 = &ci; // ok
还有一种指向const对象的const指针，这种指针首先表明，本身是一个const指针，一旦初始化后不能指向其他对象；其次，它本身所指向的对象也是一个常量，即不能通过指针修改对象的值。
const int var = 42; const int* const p = &var;
这里再强调一点，const只是给编译器看的，我们可以很轻松的骗过编译器，并看看编译器都做了什么：
1 const int var = 42; 2 int* p = (int*)&var; 3 *p = 20; 4 cout << var << endl; //42 5 cout << *p << endl; //20
我们在代码的第2行，用一个类型转换强制的，把一个非const指针指向了一个const对象。
但是后面我们通过这个指针来修改这个值，却没有生效，原因呢？
那是因为编译器在编译阶段发现var是一个常量，所以在编译目标代码时已经将var的地方都用42进行了替换。
六、const与类
其实类定义的对象，与普通的变量是一样的，用const修饰时，说明这个类是一个常量类对象，这个对象有下面2个特点：
1）不能改变其成员变量(非mutalbe成员)
2）不能调用其非const成员函数
1 class AClass{ 2 public: 3 int m_var; 4 mutable int m_mutable_var; 5 void setVar(int var){ m_var = var; } 6 void printVar(){ cout << m_var; } 7 void printVar_const()const { cout << m_var; } 8 }; 9 10 const AClass ac; 11 ac.m_var = 20; // Error：ac是一个const类，不能修改成员变量 12 ac.m_mutable_var = 42; // ok 可以修改mutable修饰的变量 13 ac.setVar(20); // Error: ac不能调用非const成员函数，而且这个成员函数还修改了成员变量的值 14 ac.printVar();// Error：ac不能调用非const成员函数 15 ac.printVar_const(); // ok
七、const与类的成员
1，const成员变量
const 成员变量指的是类中的成员变量为只读，不能够被修改（包括在类外部和类内部）。
1）const 成员变量必须在类的构造函数初始化表达式中被初始化，即使在构造函数体内也不可以。
2）静态 const 成员变量需要在类外部单独定义并初始化（可定义在头文件）
1 class constTestClass 2 { 3 public: 4 const int var; 5 static const int sci; 6 public: 7 constTestClass() :var(42){} // const成员变量必须在类的构造函数初始化列表中初始化 8 }; 9 const int constTestClass::sci = 42; // static const成员变量需要在类外单独进行定义和初始化
类对象的实例化过程可以理解为包含以下步骤：首先，开辟整个类对象的内存空间。之后，根据类成员情况，分配各个成员变量的内存空间，并通过构造函数的初始化列表进行初始化。最后，执行构造函数中的代码。由于 const 成员变量必须在定义（分配内存空间）时，就进行初始化。所以需要在够在函数的初始化列表中初始化。const成员在初始化之后，其值就不允许改变了，即便在构造内部也是不允许的。
静态成员变量并不属于某个类对象，而是整个类共有的。静态成员变量可以不依附于某个实例化后的类对象进行访问。那么，静态成员变量的值，应该在任何实例化操作之前，就能够进行改变（否则，只有实例化至少一个对象，才能访问静态成员）。所以，静态成员变量不能够由构造函数进行内存分配，而应该在类外部单独定义，在实例化任何对象之前，就开辟好空间。又由于 const 成员变量 必须初始化，所以静态成员变量必须在定义的时候就初始化。
2，const成员函数
const成员函数指的是，此函数不应该修改任何成员变量。
1）传给const成员函数的this指针，是指向 const 对象 的 const 指针。
2）const成员函数，不能够修改任何成员变量，除非成员变量被 mutable 修饰符修饰。
1 class constTestClass 2 { 3 public: 4 int var; 5 const int ci; 6 mutable int mci; 7 public: 8 void setVar(int i); 9 void setMci(int i)const; 10 }; 11 void constTestClass::setVar(int i) 12 { 13 var = i; // ok 14 mci = i; // ok 15 ci = i; // Error：ci是一个const对象不能修改 16 } 17 void constTestClass::setMci(int i)const 18 { 19 var = i; // ok 20 mci = i; // ok mutable成员变量可以被const成员函数修改 21 ci = i; // Error 22 }
在成员函数调用的过程中，都有一个 this 指针被当做参数隐性地传递给成员函数（可能通过栈，也可能通过CPU寄存器）。这个this指针，指向调用这个函数的对象（这样，成员函数才能找到成员变量的地址，从而对其进行操作）。这个this指针，是个 const指针，不能修改其指向（你不希望这个对象的函数，修改了那个对象的成员变量，对吧？）。
传递给const成员函数的this指针，指向一个const对象。也就是说，在const成员函数内部，这个this指针是一个指向const对象的const指针。
mutable 修饰符使得const函数的行为有了一些灵活性。相当于提醒编译器，这个成员变量比较特殊，就不要进行任何只读检查了。
为什么 const 对象只能够调用const成员函数呢？，其实是这样的。由于对象本身通过 const 修饰，那么指向这个对象的指针也就是指向const对象的const指针了。换句话说，指向这个对象的this指针就是指向const对象的const指针。一般成员函数要求的this指针为：指向对象的const指针。所以此处发生了参数不匹配，无法进行调用。而 const 成员函数要求的this指针，恰恰是 指向const对象的const指针。所以依然能够调用。
八、const与函数
将函数的形参用const修饰是希望实参在函数内部不被修改，而一般函数接口可能会遇到以下三种情况：
1，const对象
2，指向const对象的指针
3，绑定const对象的引用
4，返回值是一个const对象
首先，我们看const对象的形参，这种接口用const修饰实际上没有任何意义，因为实参在传递给实参时是传递了一份副本，原实参是不会变化的。
1 int main(void) 2 { 3 int var = 42; 4 fun(var); 5 cout << var << endl; // print 42 6 return 0; 7 } 8 void fun( int i) 9 { 10 i = 10; 11 }
通过上面代码可以看出，实参如果只能过值进行传递，函数接口不用const修改，也不会令实参的值改变。
而通过指针或引用传递给函数时，函数就可以通过形参来改变实参的值，这里如果需要对实参进行保护，则需要在函数接口声明形参为指向const类型的指针或引用。
1 void fun( const int* p) 2 { 3 *p = 42; // error 4 int var = 10; 5 p = &var; // 可以改变p本身的值 6 } 7 void fun(const int& p) 8 { 9 p = 42; // error,p是一个指向const对象的引用 10 }
有的时候，我们需要函数的返回值是一个const对象，比如我们考虑一个有理数据类，我们给类定义了一个*的重载。
1 class Rational{ 2 // .... 3 }; 4 const Rational operator* (const Rational& lhs, const Rational& rhs); 5 Rational a, b, c; 6 a*b = c; // Error，因为左端为一个const对象
如果上面代码中重载操作符返回对象不是const类型，则a*b=c这个式子就成立，实际上这与我们的内置类型的算术运算原则违背了，而我们希望我们设计的类的操作意义要像内置内类一样。
参考博文：
[2]:C++const变量使用技巧总结