const关键字到底该怎么用

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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：

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：

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：

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：

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：

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

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：

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：

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：

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：

//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:

$ 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

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

b.c

//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

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

b.c

//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：

#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：

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？

#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：

.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：

.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：

#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：

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。
但是实际中永远不要写这样的代码！

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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