C/C++中的const

1 C中的const

C中const修飾的變量是只讀變量，在使用const關鍵字聲明定義變量時會給該變量分配內存空間。

const修飾的全局變量默認是外部鏈接的，即其它源文件可以直接使用該變量。

const修飾的局部變量存儲在棧區中，不能通過變量名直接修改該變量的值，但是可以通過指針的方式修改該變量對應的值，從某種意義上來說，C中const修飾的變量不是真正意義上的常量，可以將其當作一種只讀變量。

C中const示例：

// fun.c
// c中const修飾的全局變量默認是外部鏈接的
const int num = 100;  // a的本質是只讀的變量，存放在文字常量區（內存空間只讀）

// main.c
#include <stdio.h>

// 對fun.c中的a進行聲明（不要賦值）
extern const int num;

void test()
{
    printf("num = %d\n", num);
    // num = 200;  // error: assignment of read-only variable 'num'
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    test();
    return 0;
}

#include <stdio.h>

void test()
{
    const int data = 200;  // 局部只讀變量，通過指針的形式修改data變量的值
    printf("data = %d\n", data);  // 200

    int* p = (int*)&data;
    *p = 300;
    printf("data = %d\n", data);  // 300
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    test();
    return 0;
}

總結：

• const修飾全局變量時，該變量存儲在文字常量區（只讀），不能通過指針的方式修改其內容

• const修飾局部變量是，該變量存儲在棧區中（可讀可寫），通過指針的方式可以修改其內同

2 C++中的const

C++中const修飾的變量不需要創建內存空間，比如定義常量const int data = 10;，C++會在一張符號表中添加name為data，value為10的一條記錄，如下圖所示：

既然，const修飾的變量沒有內存空間，所以在C++中const修飾的變量才是真正意義上的常量。

C++中定義聲明的全局常量是內部鏈接的，只能作用於當前的整個文件中，如果想讓其它源文件對該常量進行訪問的，必須加extern關鍵字將該常量轉換成外部鏈接。

在C++中，是否為const常量分配內存空間依賴於如何使用，以下情況會對常量進行內存空間的分配：

• 對const常量取地址時
• 使用變量的形式初始化const修飾的變量時
• const修飾自定義數據類型（結構體、對象）時

C++中const示例：

// fun.c
// const修飾的全局變量，默認時內部鏈接，不能直接被其它源文件使用
//const int num = 100;

// 可以通過將num轉換成外部鏈接的方式，供其它源文件對num的訪問
extern const int num = 100;

// main.c
#include <iostream>
using namespace std;

extern const int num;

struct Person{
    int num;
    char name[32];
};

void test()
{
    cout << "全局num = " << num << endl;  // error: undefined reference to `num'

    // 1. c++中對const修飾的基礎類型的變量不會開辟內存空間，只是將其放到符號表中
    const int data = 100;
    // data = 200; // error: 只讀
    cout << "data = " << data << endl;

    // 2. 對data取地址時，系統會給data開辟空間
    int* p = (int*)&data;
    *p = 2000;
    cout << "*p = " << *p << endl;  // 2000

    cout << "data = " << data << endl; // 100

    // 3. 通過變量的形式初始化 const修飾的變量，系統會為其開辟空間
    int a = 200;
    const int b = a;  // 系統直接為b開辟空間，不會把b放入到符號表中
    p = (int*)&b;
    *p = 3000;
    cout << "*p = " << *p << endl;  // 3000
    cout << "b = " << b << endl;  // 3000

    // 4. const修飾自定義類型的變量，系統會分配空間
    const Person per = { 100, "viktor" };
    // p1.num = 1000;  // error
    cout << "num = " << per.num << ", name = " << per.name << endl;  // 100, viktor

    Person* p1 = (Person*)&per;
    p1->num = 2000;
    cout << "num = " << per.num << ", name = " << per.name << endl;  // 2000, viktor
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    test();
    return 0;
}

總結：

• C++中，使用const定義聲明變量時，該變量會先放入到符號表中，不會開辟內存空間；
• const修飾的全局變量默認是內部鏈接的；
• 對const修飾的變量進行取地址操作，系統會對該變量開辟空間；
• 使用其它的變量對const修飾的變量進行初始化時，系統會對該變量開辟空間；
• const修飾自定義的數據類型，系統為自定義數據開辟空間。

3 C/C++中const異同總結

3.1 const修飾全局變量

全局變量存儲在只讀的文字常量區，所以C/C++中const修飾的全局變量都不可以更改變量對應的內容。

C中const修飾的全局變量默認是外部鏈接的，而C++中默認的是內部鏈接，如果想使得其變為外部鏈接可以在const修飾的全局變量前加extern關鍵字。

3.2 const修飾局部變量

const在修飾基礎數據類型的局部變量時，在C中會給該變量在棧中開辟內存空間，可以通過指針的方式修改變量的內容；而C++對於const修飾基礎類型的變量是在符號表中添加一條記錄，不會在棧中開辟空間，所以不能通過指針的方式修改變量的值。

C++中對const修飾的局部變量是在如何使用的情況下才分配內存，如果對const修飾基礎數據類型的局部變量進行取地址操作，會對變量分配內存；使用一個變量初始化const變量時會分配內存；const修飾的自定義數據類型（結構體、對象）會分配內存。

4 const和#define

在舊版本C中，如果想創建一個常量，必須使用預處理器#define MAX 1024;。使用宏定義的MAX對於編譯器來說不知其的存在，因為在程序預處理的過程中，所有的MAX已經被替換為1024，於是MAX並沒有將其加入到符號表中。

如果使用這個常量獲得一個編譯錯誤信息時，可能會帶來一些困擾，因為這個信息可能會提到1024，但是並沒有提到MAX。

此外MAX如果被定義在另外一個頭文件中，當前可能並不知道1024代表什么，也許解決這個問題要花很長時間。解決辦法就是用一個常量替換上面的宏。

const和#define的區別：

• const有類型，可進行編譯器類型安全檢查。#define無類型，不能進行類型檢查

示例：

// 宏沒有類型，const有
#define MAX 1024
const short my_max = 1024;

void func(short i)
{
    cout << "short函數" << endl;
}

void func(int i)
{
    cout << "int函數" << endl;
}

void test()
{
	func(MAX);  // int函數
    
    func(my_max);  // short函數
}

• const有作用域，而#define不重視作用域，默認定義出到文件結尾。如果定義在指定作用域下有效的常量，那么#define就不適用

示例：

// 宏的作用域是當前的整個文件，const的作用域以定義的情況決定
void my_func(void)
{
	// 作用范圍是當前復合語句
    const int my_num = 10;
    
    // 作用范圍是當前位置到文件結束
    #define MY_NUM 10
}

void test()
{
    // cout << "my_num = " << my_num << endl;  // err 不識別
    cout << "MY_NUM = " << MY_NUM << endl;  // ok
}

• const可以作為命名空間的成員，而如果將宏作為命名空間的成員，失去了命名空間的意義，因為宏作用於當前的文件，而不是只屬於某個命名空間的

5 總結

const由C++采用，並加進標准C中，盡管它們很不一樣，在C中，編譯器對待const如同對待變量一樣，只不過帶有一個特殊的標記，意識是”你不能改變我“。在C++中定義const時，編譯器為它創建空間，所以如果兩個不同文件定義多個同名的const，鏈接器將發生鏈接錯誤。簡而言之，const在C++中用的更好。

在C++中盡量使用const來替換宏定義，避免不必要的麻煩。

另外在C++中可以使用變量定義數組。對於C，在支持C99標准的編譯器中，可以使用變量定義數組。

示例：

#include <iostream>
using namespace std;

void test()
{
    int a = 10;
    int arr[a];
    int i = 0;
    for(; i < 10; i++)
        arr[i] = i;
    i = 0;
    for(; i < 10; i++)
        cout << arr[i] << " ";
    cout << endl;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    test();
    return 0;
}