const关键字到底该怎么用?

前言

我们都知道使用const关键字限定一个变量为只读,但它是真正意义上的只读吗?实际中又该如何使用const关键字?在解答这些问题之前,我们需要先理解const关键字的基本使用。本文说明C中的const关键字,不包括C++。

基本介绍

const是constant的简写,是不变的意思。但并不是说它修饰常量,而是说它限定一个变量为只读。

修饰普通变量

例如:

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const int NUM = 10; //与int const NUM等价
NUM = 9; //编译错误,不可再次修改

由于使用了const修饰NUM,使得NUM为只读,因此尝试对NUM再次赋值的操作是非法的,编译器将会报错。正因如此,如果需要使用const修饰一个变量,那么它只能在开始声明时就赋值,否则后面就没有机会了(后面会讲到一个特殊情况)。

修饰数组

例如使用const关键字修饰数组,使其元素不允许被改变:

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const int arr[] = {0,0,2,3,4}; //与int const arr[]等价
arr[2] = 1; //编译错误

试图修改arr的内容的操作是非法的,编译器将会报错:

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error: assignment of read-only location ‘arr[2]’

修饰指针

修饰指针的情况比较多,主要有以下几种情况:
1.const 修饰 *p,指向的对象只读,指针的指向可变:

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int a = 9;
int b = 10;
const int *p = &a;//p是一个指向int类型的const值,与int const *p等价
*p = 11; //编译错误,指向的对象是只读的,不可通过p进行改变
p = &b; //合法,改变了p的指向

这里为了便于理解,可认为const修饰的是*p,通常使用*对指针进行解引用来访问对象,因而,该对象是只读的。

2.const修饰p,指向的对象可变,指针的指向不可变:

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int a = 9;
int b = 10;
int * const p = &a;//p是一个const指针
*p = 11; //合法,
p = &b; //编译错误,p是一个const指针,只读,不可变

3.指针不可改变指向,指向的内容也不可变

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int a = 9;
int b = 10;
const int * const p = &a;//p既是一个const指针,同时也指向了int类型的const值
*p = 11; //编译错误,指向的对象是只读的,不可通过p进行改变
p = &b; //编译错误,p是一个const指针,只读,不可变

看完上面几种情况之后是否会觉得混乱,并且难以记忆呢?我们使用一句话总结:
const放在*的左侧任意位置,限定了该指针指向的对象是只读的;const放在*的右侧,限定了指针本身是只读的,即不可变的。

如果还不是很好理解,我们可以这样来看,去掉类型说明符,查看const修饰的内容,上面三种情况去掉类型说明符int之后,如下:

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const *p; //修饰*p,指针指向的对象不可变
* const p; //修饰p,指针不可变
const * const p; //第一个修饰了*p,第二个修饰了p,两者都不可变

const右边修饰谁,就说明谁是不可变的。上面的说法仅仅是帮助理解和记忆。借助上面这种理解,就会发现以下几种等价情况:

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const int NUM = 10; //与int const NUM等价
int a = 9;
const int *p = &a;//与int const *p等价
const int arr[] = {0,0,2,3,4}; //与int const arr[]等价

const关键字到底有什么用

前面介绍了这么多内容,是不是都常用呢?const关键字到底有什么用?

修饰函数形参

实际上,为我们可以经常发现const关键字的身影,例如很多库函数的声明:

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char *strncpy(char *dest,const char *src,size_t n);//字符串拷贝函数
int *strncmp(const char *s1,const char *s2,size_t n);//字符串比较函数

通过看strncpy函数的原型可以知道,源字符串src是只读的,不可变的,而dest并没有该限制。我们通过一个小例子继续观察:

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//test.c
#include<stdio.h>
void myPrint(const char *str);
void myPrint(const char *str)
{
str[0] = 'H';
printf("my print:%s\n",str);
}
int main(void)
{
char str[] = "hello world";
myPrint(str);
return 0;
}

在这个例子中,我们不希望myPrint函数修改传入的字符串内容,因此入参使用了const限定符,表明传入的字符串是只读的,因此,如果myPrint函数内部如果尝试对str进行修改,将会报错:

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$ gcc -o test test.c
test.c:6:12: error: assignment of read-only location ‘*str’
str[0] = 'H';

因此,我们自己在编码过程中,如果确定传入的指针参数仅用于访问数据,那么应该将其声明为一个指向const限定类型的指针,避免函数内部对数据进行意外地修改

修饰全局变量

我们知道,使用全局变量是一种不安全的做法,因为程序的任何部分都能够对全局数据进行修改。而如果对全局变量增加const限定符(假设该全局数据不希望被修改),就可以避免被程序其他部分修改。这里有两种使用方式。
第一种,在a文件中定义,其他文件中使用外部声明,例如:
a.h

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//a.h
const int ARR[] = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9}; //定义int数组

b.c

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//b.c
extern const int ARR[]; //注意,这里不能再对ARR进行赋值
//后面可以使用ARR

第二种,在a文件中定义,并使用static修饰,b文件包含a文件,例如:
a.h

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//a.h
static const int ARR[] = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9}; //定义int数组

b.c

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//b.c
#include<a.h>
//后面可以使用ARR

注意,这里必须使用static修饰,否则多个文件包含导致编译会出现重复定义的错误。有兴趣的可以尝试一下。

const修饰的变量是真正的只读吗?

使用const修饰之后的变量真的是完全的只读吗?看下面这个例子:

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#include <stdio.h>
int main(void)
{
const int a = 2018;
int *p = &a;
*p = 2019;
printf("%d\n",a);
return 0;
}

运行结果:

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2019

可以看到,我们通过另外定义一个指针变量,将被const修饰的a的值改变了。那么我们不禁要问,const到底做了什么呢?它修饰的变量是真正意义上的只读吗?为什么它修饰的变量的值仍然可以改变?

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#include<stdio.h>
int main(void)
{
int a = 2019;
//const int a = 2019;
printf("%d\n",a);
return 0;
}

我们分别获取有const修饰和无const修饰的汇编代码。
无const修饰,汇编代码:

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.LC0:
.string "%d\n"
main:
push rbp
mov rbp, rsp
sub rsp, 16
mov DWORD PTR [rbp-4], 2019
mov eax, DWORD PTR [rbp-4]
mov esi, eax
mov edi, OFFSET FLAT:.LC0
mov eax, 0
call printf
mov eax, 0
leave
ret

有const修饰,汇编代码:

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.LC0:
.string "%d\n"
main:
push rbp
mov rbp, rsp
sub rsp, 16
mov DWORD PTR [rbp-4], 2019
mov eax, DWORD PTR [rbp-4]
mov esi, eax
mov edi, OFFSET FLAT:.LC0
mov eax, 0
call printf
mov eax, 0
leave
ret

我们发现,并没有任何差异!当然这一个例子并不能说明所有的问题。但是我们要知道的是,const关键字告诉了编译器,它修饰的变量不能被改变,如果代码中发现有类似改变该变量的操作,那么编译器就会捕捉这个错误。

那么它在实际中的意义之一是什么呢?帮助程序员提前发现问题,避免不该修改的值被意外地修改,但是无法完全保证不被修改!例如我们可以通过对指针进行强转:

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#include<stdio.h>
void myPrint(const char *str);
void myPrint(const char *str)
{
char *b = (char *)str;
b[0] = 'H';
printf("my print:%s\n",b);
}
int main(void)
{
char str[] = "hello world";
myPrint(str);
return 0;
}

运行结果:

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my print:Hello world

也就是说,const关键字是给编译器用的,帮助程序员提早发现可能存在的问题。

总结

介绍了这么多,关键点如下:

  • const关键字让编译器帮助我们发现变量不该被修改却被意外修改的错误。
  • const关键字修饰的变量并非真正意义完完全全的只读。
  • 对于不该被修改的入参,应该用const修饰,这是const使用的常见姿势。
  • const修饰的变量只能正常赋值一次。
  • 不要试图将const数据的地址赋给普通指针。
  • 不要忽略编译器的警告,除非你很清楚在做什么。
  • 虽然可以通过某种不正规途径修改const修饰的变量,但是永远不要这么做

思考

  • 与#define相比,const有什么优点?
  • const关键字到底该什么时候用?
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