3.2.2  常量

与变量可以用在程序中表达那些可能会发生变化的数据量相对应地，在C++中，我们用常量来表达那些始终保持不变的数据量。简单来讲，就是程序中直接使用的数值、字符、字符串以及const关键字修饰的常变量等。大多数时候，常量只需要被读取一次，所以它没有名字，无须定义而可以直接使用。又因为其数据只能读取，不能修改，所以通常用来给一个变量赋值或者直接参与运算。例如：

// 用常量180对变量nHeight赋值

nHeight = ;

// 直接使用常量进行计算

fArea = fR * fR * 3.1415926;

这里的“180”和“3.1415926”就是两个常量，分别用来对变量nHeight进行赋值和参与乘法运算。这样的常量只能使用一次，当完成赋值操作和乘法运算后，这两个常量也就不再有意义了。

C++中的常量主要包括数值常量（整型常数、浮点型常数）、字符常量、字符串常量。

1. 整型常数

整型常数就是以文字形式出现的整数。整型常数的表示形式最常见的是十进制，也可以根据需要采用八进制或十六进制表示。在程序中，我们可以根据数字的前缀来区分各种进制的整数。

l  十进制整数：没有前缀，例如0、123、-1等。

l  八进制整数：以0为前缀，数字不包含8和9。例如0123、-022等。

l  十六进制整数：以0x或0X为前缀，数字除了0~9十个数字之外，还包括A~F六个英文字母字符。例如0x123、-0X2等。

在程序中，我们可以直接使用这三种方式来表示某个整数数值：

nHeight = ;         // 十进制常数

nHeight = ;        // 八进制常数

nHeight = 0xAD;        // 十六进制常数

上面的代码分别采用不同进制形式的常数对一个变量赋值。虽然这些常数的表现形式不同，但是它们所代表的数值都是173。

2. 浮点型常数

浮点型常数就是以文字形式出现的浮点数，也就是我们通常所说的小数。浮点数有两种表示形式：小数形式和指数形式。小数形式就是我们通常的小数书写形式，由数字和小数点构成，如1.0、0.1、.123等。而指数形式则是用科学记数法，将一个浮点数表示为一个小数与10的多少次方的乘积的形式。当一个浮点数较大或者较小时，使用指数形式来表示浮点数会更加方便。例如，1.3e9表示1.3×10⁹，也就是1300000000，0.123E－4表示0.123×10^-4等。

3. 字符常量

字符常量就是程序中使用的单个字符，如“a”、“A”、“!”等。在C++中，我们使用单引号（' '）来表示一个字符常量。例如：

// 用一个字符常量对变量aMark赋值

char aMark = 'A';

// 输出一个字符常量‘！’

cout<<'!'<<endl;

除了上述常见的可在屏幕显示的字符外，C++还允许使用一类特殊的字符常量。这些字符无法通过键盘直接输入，也不能直接输出显示到屏幕，但是可以用来表示一些特殊的控制意义，比如计算机响铃（/a）、换行(/n)、回车(/r)等。这些字符都以“\”开始，表示将“\”后的字符转换成其他的含义，所以这些字符也被称为转义字符。表3-2列出了C++的常用转义字符。

表3-2  C++中的常用转义字符

转义字符的使用跟可显示字符的使用相似，可以把转义字符放到一个字符串中，让它完成相应的控制功能，也可以单独输出某个转义字符，例如：

// 将“\n“放到一个字符串中，它将控制这个字符串输出为两行

// 恭喜！

// 任务完成！

cout<<"恭喜！\n任务完成！"<<endl;

// 直接输出““\a”转义字符，发出一个计算机响铃，提示用户任务完成

cout<<'\a'<<endl;

4. 字符串常量

字符串常量就是由一对双引号（" "）括起来的字符序列，如"Hello World!"。注意，因为双引号是字符串的界限符，所以如果想在字符串中使用双引号，就要使用转义字符来表示。另外值得提醒的是，这里的双引号必须是英文的（""）。因为与中文双引号（“”）在形式上非常相似，所以常常被初学者误用而导致错误。例如：

// 使用字符串常量对变量赋值

strName = "ZengMei";

// 输出字符串常量

// 在输出一些特殊符号（比如，双引号，斜杠等）时，我们必须使用相应的转义字符

// 这里使用了转义字符“\””来输出字符串中的双引号，最终输出结果如下

// 你的名字是：”ZengMei”

cout<<"你的名字是：\"ZengMei\""<<endl;

知道更多：原生字符串（raw string）标识

string s = "\\zeng\\\\\\mei";   // 这样的表示很不直观、且容易出错

我们注意到，在正则表达式中，反斜杠字符被表达为两个反斜杠的组合。为了表示一个反斜杠，我们必须在正则表达式中使用两个反斜杠来表示。第一个反斜杠表示这是一个转义字符，第二个才表示真正的反斜杠。这样的表达方式，会让我们的字符串变得非常复杂繁琐，很不直观，即使是经验丰富的程序员也很容易出错。

string s = R"(\zeng\\mei)";        // 使用R"()"表示的原生字符串

原生字符串的R"(...)"记法相比于普通字符串的"..."记法会有一点点的冗长，但它的意义就在于它可以让字符串中的转义规则无效，所写即所得，所见即所得。当我们需要在字符串中频繁地表示各种特殊符号（反斜杠，引号等）的时候，原生字符串将非常简便，而这一点点书写上的冗长也是值得的。

无论是数值常量还是字符串常量，它们都像C++世界的“雷锋”，只做好事而不留名字。可是，这样也带来了一个麻烦：当我们在程序中需要重复多次地使用某个常量时，我们不得不在代码中一遍又一遍地书写同一个常量。例如，要编写一个有关圆的计算程序，无疑会多次用到3.14159这个浮点常数：

float fR = 19.82;  // 半径

// 用常数3.14159计算面积

float fArea = 3.14159 * fR * fR;

// 用常数3.14159计算周长

float fGirth =  * 3.14159 * fR;

这样的代码，不仅书写起来非常困难（多次重复书写同一个小数，难以保证正确性和一致性），在后期也难以维护（如果想改变这个常数，我们不得不修改所有用到这个常数的地方）。这一切，都是因为常量在程序中无名无份，每次都是直接使用引起的。那么，解决的办法自然就是给常量取一个名字，让我们可以通过这个名字方便地重复多次使用同一个常量。在C++中，给常量取一个名字的方法有两种：

1.用#define预编译指令将数值或字符串定义成宏，然后用宏来代替常量的直接使用

2.用const关键字将一个变量修饰成常变量，然后用常变量来代替常量的直接使用

我们首先来看如何用宏来代替常量。所谓的宏，就是将某个无明确意义的数值（例如，3.14159，知道的认为是圆周率，不知道的认为只是某个奇怪的数字）定义为某个有明确意义的标识符（例如，PI，所有人都会认为是圆周率）。然后，就可以在代码中使用这个有意义的标识符来代替无明确意义的数值，从而使代码更具可读性。在C++中，可以使用#define预编译指令来定义一个宏：

#define 宏名称 宏值

其中，“宏名称”就是要定义的宏，通常用一个大写的有意义的名称来表示。“宏值”就是这个宏所代表的内容，它可以是一个常数、一个字符串，甚至是一个更加复杂的语句。比如，可以用下面的语句将3.14159定义为一个宏PI：

// 将3.14159定义成宏PI

#define PI 3.14159

有了常数3.14159所对应的宏PI之后，我们就可以在代码中直接使用PI来代替3.14159进行相应的计算。例如，上面的代码可以简化为：

// 将3.14159定义成宏PI

#define PI 3.14159

float fR = 19.82;  // 半径

// 用PI计算面积

float fArea = PI * fR * fR;

// 用PI计算周长

float fGirth =  * PI * fR;

这里，使用PI代替了原本应该使用的3.14159也同样可以完成计算。那么，宏是如何做到这一点呢？这里的宏PI并不是真正地具有了它所代表的3.14159这个常数的值，从本质上讲，宏只是一种替换。当编译器对代码进行预编译处理的时候，它会将代码中的宏替换为它所代表的内容，换而言之，也就是上面代码中的PI会被替换为3.14159，最终参与编译的代码实际上仍旧是：

// 宏PI被替换为常数3.14159计算面积

float fArea = 3.14159 * fR * fR;

// 宏PI被替换为常数3.14159计算周长

float fGirth =  * 3.14159 * fR;

从这里可以看到，宏的使用并没有减少代码中的常数，但是它用一种巧妙的方法，减少了重复输入某个常数的繁琐，避免了可能发生的书写错误。

// 不使用宏的代码

for( int i = ; i < ; ++i )

{

    // ...

}

// 使用宏的代码

#define MIN 0

#define MAX 1024

for( int i = MIN; i < MAX; ++i )

{

    // ...

 }

通过对比我们可以发现，虽然两段代码实现的功能是一样的，但是给代码阅读者的信息却不大相同。第一段代码只是表示这个循环是从0到1024之间，至于为什么是从0到1024，只能让代码阅读者自己去猜测了。第二段代码则通过宏的使用，明确地告诉了我们这个循环是在最小值和最大值之间进行的，这样可以从代码本身获得更加丰富的信息，增加了代码的可读性。

// 修改PI的定义

#define PI 3.14

// 使用3.14作为圆周率计算面积

float fArea = PI * fR * fR;

除了用#define定义的宏可以表示常数之外，C++还提供了const关键字，使用它可以将一个变量修饰成一个数值不可修改的常变量，也可以用来表示程序中的常数。

const关键字的使用非常简单，只需要在定义变量的时候，在数据类型前或后加上const关键字即可：

const 数据类型 常变量名 = 常量值;

这里的const关键字会告诉编译器，这个变量的数值不可修改（或者更严格地说，不可以通过这个变量名直接修改它所表示的数值，而通过其他方式间接地修改是可以的），这就使得这个变量具有了一个常数最基本的特征：不可修改。所以，经过const关键字的修饰，这个变量就成了一个常变量，可以用来表示程序当中的各种常数。需要特别注意的是，因为常变量的值在定义后便不可以修改，所以必须在定义常变量的同时完成它的赋值。例如：

// 定义常变量PI

const double PI = 3.14159;

// …

// 用常量PI计算面积

float fArea = PI * fR * fR;

// 用常量PI计算周长

float fGirth =  * PI * fR;

而在定义之后，如果试图通过这个常变量名来修改它所表示的值，则会导致一个编译错误，以此来保证这个变量的数值不会被修改而成为一个常变量。例如，如果想在程序中降低PI的精度，偷工减料是不行的：

// 错误：不能修改const常变量的值

PI = 3.141;

既然宏和const关键字都可以用来给常数一个名分，那么该如何选择呢？要表示常数的时候，到底是用宏还是用const关键字？我们的回答是：应该更多地选择使用const关键字。比如，要想在程序中表示3.14159这个常数，可以采用以下两种方式：

// 宏方式

#define PI 3.14159

// const方式

const double PI = 3.14159;

这两种方式在语法上都是合法的，在使用上也并没有什么太大区别。但是第二种方式要比第一种方式好，因为如果使用#define将这个常数定义成宏PI，PI会在代码的预编译阶段被预编译处理器替换成3.14159这个常数本身，这样就没有了编译器的数据类型检查， 并且，宏的名称不会出现在符号表中，这样会给代码后期的调试带来麻烦，可能会遇到一个数字，却不知道它从何而来，这就是我们常说的Magic Number（像拥有魔力一样不知从何而来的数字）。而使用const将这个常数表示成一个常变量，它是拥有数据类型的，编译器可以对其进行数据类型检查，避免错误的发生。同时这个常变量名也会出现在程序的符号表中，便于程序的调试。所以，我们总是优先使用const关键字修饰的常变量来表示程序中的常数。