C++ 之 常量成员函数

常量成员函数 (const member function)， 可读取类中的数据成员，但不能修改。

1  声明

1.1  const 关键字

参数列表后，加 const 关键字，声明为常量成员函数，表明其不被允许修改类的数据成员

下面的类，以年、月、日的形式来表示日期 (注意：年月日的声明顺序)

class Date {
public:
    int GetYear() const { return y_; }int GetMonth() const { return m_; }
    int GetDay() const { return d_; }
    void AddYear(int n); // add n years
private:
    int y_, m_, d_;
};

1) 如果常量成员函数，企图修改类的数据成员，则编译器会报错

// error : attempt to change member value in const function
int Date::GetYear() const
{
    return ++y_;
}

2) 如果在类外面，“定义” 常量成员函数 ( “定义” = 实现，即 implementation)，则 const 关键字不可省略

// error : const missing in member function type
int Date::GetYear()
{
    return y_;
}

1.2  C++ 陷阱

类中成员变量的声明顺序，决定了成员变量的初始化顺序。假设 Date 类中的构造函数为：

public:
    Date() ： y_(), m_(), d_() {}

此时，类中的成员函数，在类中的声明顺序 = 构造函数初始化列表顺序，故 y_, m_, d_ 都能被顺利的初始化为对应的值。

而当成员变量，在类中的声明顺序 ≠ 构造函数初始化列表顺序 时，

public:
    Date() ： y_(), d_(), m_(d_-) {}

根据成员变量的声明顺序，y_ 首先被初始化为 2016，然后再初始化 m_，但由于 d_ 并未被初始化，所以 m_ 的值是随机的，最后初始化 d_ 为 22

这是因为，类的成员变量在初始化时，其初始化的顺序只与声明顺序有关，而与在初始化列表中的顺序无关。

2  调用

一个常量成员函数，可以被 const 和 non-const 类对象调用； 而非常量成员函数，例如 AddYear()，则只能被 non-const 型类对象调用。

void  Date::AddYear(int n)
{
    y_ += n;
}

调用函数如下：

void f(Date& d, const Date& cd)
{
    int i = d.GetYear();    // OK
    d.AddYear();        // OK
    int j = cd.GetYear();    // OK
    cd.AddYear();        // error
}

此时，const 修饰函数形参，是 “接口” 的常用指定形式, 这样 数据 可以传递给 函数 而 本身不被修改。

C++ 中的类型转换 const_cast，可以移除对象的 const 属性，具体使用为: const_cast<T>(expression)

则上例中，要使 const 型类对象，调用类的 non-const 成员函数，可修改代码如下：

void f(Date& d, const Date& cd)
{
    int j = cd.GetYear();    // OK
    const_cast<Date&>(cd).AddYear();
}

这种做法虽然是可以的，但它破坏了使用 const 来指定 “接口“ 的本意，并不推荐。

3  解释

this 指针 默认是指向 non-const 型类对象的 const 型，因此，不能将 this 指针和 const 型类对象绑定，即 const 类对象无法调用类的成员函数

// 默认的 this 指针，指向 non-const 类对象
Date * const this;

在成员函数声明的参数列表后加 const 后缀，表明其 this 指针指向 const 型类对象，如此， const 型类对象便可以调用常量成员函数了

// 常量成员函数中的 this 指针，指向 const 类对象
const Date * const this;

小结：

1) 类成员函数声明中的 const 后缀，表明其 this 指针指向 const 型类对象，因此该 const 类对象，可以调用常量成员函数 (const member function)

2) 一个成员函数，如果对数据成员只涉及读操作，而不进行修改操作，则尽可能声明为常量成员函数

参考资料：

<C++ Programming Language_4th> ch 16.2.9.1

<C++ Primer_5th> ch 7.1.2

<Effective C++_3rd> Item 3, item 27

<More Effective C++> Item 2

<剑指 offer> 第 7 章