【OOP】C++ const成員函數

預備知識

1、代碼轉換分析技巧

在早期某些編譯器會將C++代碼翻譯為C代碼，然后使用C編譯器生成可執行文件。其中翻譯的一個轉化就是：將this指針顯式添加到成員函數的第一個參數位置上，並在成員函數調用時，自動將對象的地址傳遞給參數this。

 

這個過程用如下代碼解釋：

#include<iostream>
#include<cstdio>
using namespace std;

class Dog
{
public:
    Dog(unsigned  en = 0) :energe(en){}  

    void bark() const    
    {
        for (size_t i = 0; i < energe; i++)
            cout << "wang wang!\n";
    }

    void feed(unsigned add)   
    {
        energe += add;
    }

private:
    unsigned  energe;
};

int main()
{

    Dog dog;

    dog.feed(2);   
    dog.bark();    

    return 0;
}

 

翻譯轉換

//原型轉換為C代碼后的樣子
void bark(const Dog*this);
void feed(Dog*this,unsigned add);

//調用時的轉換
dog.feed(2);   ----->  feed(&dog , 2); 
dog.bark();    ----->  bark(&dog);

 

現在的C++編譯器可能不是這樣的工作的，但是，如果你使用這個轉換方式去應用到實際的編程的代碼分析中，很多代碼和語法特性就會迎刃而解。

 

2、頂層const，底層const

頂層const：指針變量本身是常量。（頂層const不適合引用，因為引用天生就是一個常量，始終引用一個對象，直到消亡）

           如   int* const p = &a;

底層const：變量指向（或者引用）的對象被視為常量。(注意這里的用詞：被視為，因為對象不一定就是常量，也可能是底層const指針、引用的一廂情願)

           如    const int*p ;    int const *p;    這二者寫法等價

                  const int& r;

 

一個非底層const指針，它對它指向的對象有 讀、寫的權利，因此，為了確保數據安全，它僅能指向非常量對象。

int a=1;

const int b = 2;

int*p1 = &a;  //OK

p1  = &b;   //ERROR不允許

 

一個底層const指針，他對它指向的對象僅有讀的權利。因此，它可以指向常量和非常量。

int a=1;

const int b = 2;

const int*p1 = &a;  //OK

p1 = &b ;       //OK

 

 

3、函數的參數是否為 底層const 可以作為重載的依據

舉例說，下面2個函數可以重載。

void foo(const int*p);     //A
void foo(int*p);           //B

編譯器在重載解析時，根據傳遞的參數來判斷調用哪一個版本。

當僅存在版本A時，若傳遞的是非常量int的指針，或常量int的指針，都可以成功調用。

當僅存在版本B時，若傳遞的是非常量int的指針，可以成功調用，但不允許傳遞常量int的指針。

當A、B 都存在，重載時，若傳遞的是非常量int的指針，則優先使用版本B，因為這是最匹配的。

                                   若傳遞的是常量int的指針， 則使用版本A。

 

另外，參數本身是否是const 不作為重載的依據，下面的不能重載。

void foo(const int a);
void foo(int a);
//C語言中，參數修飾為const和不使用const修飾 被編譯器一樣對待，C++為兼容C，也使用了這個策略。因此二者等價。

 

如果一個成員函數在邏輯上不會修改對象的狀態（字段），就應該定義為const函數

 

在上面的Dog類代碼中，如果去掉bark函數后的const修飾符，並試着用一個const 對象去調用bark函數，則發現編譯器報錯。

void bark() 
{
     for (size_t i = 0; i < energe; i++)
         cout << "wang wang!\n";
}

/////////////////////////
const Dog dog;

dog.bark(); //錯誤提示為類型不兼容

 

拋開代碼，從業務邏輯上來看，bark函數只是在屏幕上輸出消息，根本不會改變對象的狀態，那即便是const 對象，也必須能成功調用啊。

這里報錯顯然是bark函數的問題：應該定義為const函數，這點大家都是很清楚的。但是為什么要這樣的呢？

按照最開始介紹的分析方法，發生錯誤的代碼等價與下面的C代碼。

const Dog dog;

bark(&dog)      //而bark函數轉化后的原型為：void bark(Dog*this);

顯然，將常量的指針賦值給非常量指針是不允許的。

 

再比如，C++標准庫中的string類，它的用於獲取字符串長度的成員函數都是const修飾的。如果不是這樣的話，那么字符串常量就不能獲取他們的長度了，這簡直荒謬！

size_type size() const; size_type length() const; 

 

const成員函數可以形成重載

成員函數同時存在 const版本和非const版本？可以重載？是的。

同樣，先按照最開始介紹的第1條分析方法，轉換為C代碼。然后根據第3條的分析就可以了。這里不再贅述。

 

最常用的就是，按照約定當重載索引運算符 [ ] 時，會同時編寫一個 const版本和非const版本。

例如std::vector的[ ]運算符函數

reference       operator[]( size_type pos );
        
const_reference operator[]( size_type pos ) const;

 

總結

1、如果一個成員函數在邏輯上不會修改對象的狀態（字段），就應該定義為const函數

 

2、

如果對象是const，則它只能調用const成員函數。

如果對象是普通的非const對象：

                                        調用的某個成員函數是非const函數，則理所當然調用它。

                                        調用的某個成員函數是const函數，則當然也可以調用他。（底層const指針可以指向非常量對象）

                                        調用的某個成員函數同時存在 const版本和非const版本，則優先調用非const成員函數，編譯器總是使用最匹配的版本。