常（const）+ 对象 + 指针：玻璃罩到底保护哪一个

2021-07-17 01:42:12

原创案例讲解——”玻璃罩const”系列的三篇文章：

　　在上一篇文章《使用常对象——为共用数据加装一个名为const的玻璃罩》中，利用案例讨论了运用常对象，常成员函数、常数据成员及其用法。const这个玻璃罩让数据只能看，不能改，有效地避免程序免受不该出现的修改（引起bug的元凶）操作的影响。

　　本文继续讨论const这个玻璃罩，主要是要引入指针来。这时，玻璃罩要保护何方？事情似乎变得更复杂。但实际情况是，C++的内在机理仍然很清晰，我们还是要借助实例看下去。读者如果一边能够将程序放到自己的IDE中调一调，改一改，撞撞错，那是更好的了。

　　一、指向对象的常指针

　　定义指向对象的常指针的一般形式为：

　　　　类名 * const 指针变量名；

　　首先应该正确地将这一定义形式识别准确了。按照结合的顺序（类名（* （const 指针变量名）））：就是首先是常量；其次是指针；最后确定指向的是类。作为常量的定义，还要注意的是定义时必须初始化。

　　例如，下面程序中第23行：Test * const p1 = &t1;：p1是常量，是指针，指向Test类的对象，初始化为t1对象的地址。看惯了，挺可爱的。

//程序1
#include <iostream>  
using namespace std;  
class  Test  
{  
private:   
    int x;   
    int y;  
public:  
    Test(int a, int b){x=a;y=b;}  
    void printxy() const;  
    void setX(int n) {x=n;}  
    void setY(int n) {y=n;}  
} ;  
void Test::printxy() const   
{  
    cout<<"x*y="<<x*y<<endl;  
}  
void main(void)  
{      
	Test t1(3,5),t2(4,7);
	const Test t3(5,9); 
	Test * const p1 = &t1;
	//p1 = &t2; //招致错误——error C3892: “p1”: 不能给常量赋值
	p1->setX(5);
	t1.printxy( );   //输出x*y=25

	Test *p2=&t1;
	p2=&t2;
	p2->setX(5);
	p2->printxy();  //输出x*y=35

	//p2=&t3;  //招致错误——error C2440: “=”: 无法从“const Test *”转换为“Test *”
	//p2->setX(7);
	//p2->printxy();  

	system("pause");  
}

　　常指针一经初始化后将不能再被改变值（这是常之所在）。但指针指向的值是否可变，取决于指向的对象。例如第25行 p1->setX(5); 成功地修改了t1对象中的 x 成员的值。

　　程序中p2不是常指针，所以在第29行，可以为其赋值为&t2，从而指向了t2对象。但是在第33行的赋值却会发生错误。错误的原因不是p2的值（指针）不可变，而是t3是一个常对象，需要指向常对象的指针变量进行处理。

　　二、指向常对象的指针变量

　　定义指向常变量的指针变量的一般形式为

　　　　const 类名 *指针变量名；

　　识别指向常对象的指针要这样看。按照结合的顺序（const （类名（ *指针变量名）））：就是首先是指针变量；其次指向的是类的对象；最后，这个对象应该是常对象。

　　例如，下面程序中第22行：const Test *p1;：p1是指针，指向test类的对象，指向的是Test类的常对象，初始化为t1对象的地址。

//程序2
#include <iostream>  
using namespace std;  
class  Test  
{  
private:   
	int x;   
	int y;  
public:  
	Test(int a, int b){x=a;y=b;}  
	void printxy() const;  
	void setX(int n) {x=n;}  
	void setY(int n) {y=n;}  
} ;  
void Test::printxy() const   
{  
	cout<<"x*y="<<x*y<<endl;  
}  
void main(void)  
{      
	const Test t1(3,5),t2(4,7);
	const Test *p1;
	p1 = &t1;
	//p1->setX(5); //招致错误——error C2662: “Test::setX”: 不能将“this”指针从“const Test”转换为“Test &”
	t1.printxy( );   //输出x*y=25

	p1=&t2;
	p1->printxy();  //输出x*y=35

	Test t3(1,3);
	p1=&t3;
	t3.setX(2);
	//p1->setX(3);//招致错误——error C2662: “Test::setX”: 不能将“this”指针从“const Test”转换为“Test &”
	p1->printxy(); //输出x*y=6

	Test const *p3=&t1;
	//p3->setX(9);//招致错误——error C2662: “Test::setX”: 不能将“this”指针从“const Test”转换为“Test &”
	p3->printxy();  

	system("pause");  
}

　　在程序中可以看出，第24行，由于p1指向的是常对象，是不能被修改的对象，p1->setX(5);试图修改对象的数据成员，带来错误并不意外。

　　指向常对象的指针变量，是对象不能变，不能通过指针改变其值，而不是指针不能变，所以在第27行，p1=&t2;使p1指向了另外一个常对象。

　　如果一个变量已被声明为常变量，只能用指向常变量的指针变量指向它，而不能用指向非const型变量的指针变量去指向它。

　　第31行将指向常对象的指针指向了一个非const对象，这是允许的。第32行可以成功地修改这一非const对象的值，但是不要指望p1（指向常对象的指针）去修改。在对待修改的这件事情上，C++采取的是一种较严格的要求，对象本身是否为“常”和指针指向的对象是否为常，两者中有一个为“常”，就不要修改。

　　在第36行，定义的指向对象的常指针p3赋初值为&t1，是一个常对象的地址。（注：去掉下面的部分，表述错误。谢谢2楼的评论。原内容：按照这一定义要表达的内容，似乎p3称为指向常对象的常指针更全面，即*p3=&t1;。第36行成功地通过了编译告诉我们，指向对象的常指针可以指向一个常对象。第37行对修改的禁止由于t1为常对象所致，看来，指向对象的常指针不能改变其指向的常对象。）

　　三、用（常）指针作形参：实参如何搭配？

　　在上面的例子中，指针是通过赋值直接取得值的。在程序设计中还有另一种很重要的情形，来传递变量的值，那就是函数中的参数传递：将实际参数的值传递给形式参数。在这个传递的过程中，道理一样，下表将形、实参是否为const（常）的4种组合产生的效果进行一个罗列：

序号	形参	实参	是否合法	是否可以改变指向的对象的值
（1）	指向非const型变量的指针	非const变量的地址	合法	可以
（2）	指向非const型变量的指针	const变量的地址	非法	不必讨论
（3）	指向const型变量的指针	非const变量的地址	合法	不可
（4）	指向const型变量的指针	const变量的地址	合法	不可

　　在这儿的表述中，用了变量，而不是对象。实际上这两者的本质是统一的，道理一样。这样写作，也是提醒读者不要将二者看成不同的事物。

　　先给出程序来：

//程序3
#include <iostream>  
using namespace std;  
class  Test  
{  
private:   
	int x;   
	int y;  
public:  
	Test(int a, int b){x=a;y=b;}  
	void printxy() const;  
	void setX(int n) {x=n;}  
	void setY(int n) {y=n;}  
} ;  
void Test::printxy() const   
{  
	cout<<"x*y="<<x*y<<endl;  
}  

void doSomething(Test *p1)  //（1）形参是指向非const型变量的指针 
{
	p1->setX(5); 
	p1->printxy( ); 
}

void main(void)  
{      
	Test t1(3,5);
	doSomething(&t1); //（1）实参是非const变量的地址 
	system("pause");  
}

　　（1）形参是指向非const型变量的指针，实参是非const变量的地址

　　上面的程序中没有给变量/对象做出任何的限制，调用合法，也能够实施修改操作。

　　（2）形参是指向非const型变量的指针，实参是const变量的地址

　　下面的程序将不再给出Test类的定义。这组示例中，区别仅在于函数doSomething()的定义形式和调用中使用的实参。

void doSomething(Test *p1)  //（2）形参是指向非const型变量的指针 
{
	p1->setX(5);   //由于第XXx行的错误，这一行可能引起的问题尚无机会讨论
	p1->printxy( ); 
}

void main(void)  
{      
	const Test t1(3,5);
	doSomething(&t1); //（2）实参是const变量的地址 
			  //这一行招致错误——error C2664: “doSomething”: 不能将参数 1 从“const Test *”转换为“Test *”
	system("pause");  
}

　　这段程序将出现编译错误。

　　错误产生在第10行—— error C2664: “doSomething”: 不能将参数 1 从“const Test *”转换为“Test *”，还提示—— 转换丢失限定符。

　　与前面所讲一致，不能将const对象地址赋值给一个非const指针，如果这个操作成功，就会产生严重的后果：doSomething()函数中将能够修改由传递地址值而对应的对象的值。调用函数时，实际参数的值传递给形式参数时，系统会进行自动类型转换，但这个转换无法进行下去，因为“转换丢失限定符”。

　　（3）形参是指向const型变量的指针，实参是const变量的地址

void doSomething(const Test *p1)  //（3）形参是指向const型变量的指针 
{
	p1->setX(5); //招致错误——error C2662: “Test::setX”: 不能将“this”指针从“const Test”转换为“Test &”
	p1->printxy( ); 
}

void main(void)  
{      
	const Test t1(3,5);
	doSomething(&t1); //（3）实参是const变量的地址 
	system("pause");  
}

　　第3行p1->setX(5);出错，是因为仅形参p1就限定p1所指向的对象为常对象，是不能被修改的。

　　从另一方面讲，第10行的调用doSomething(&t1);“门当户对”，是合法语法规定的。实际参数本身也决定了，对象是不能被改变的。

　　（4）形参是指向const型变量的指针，实参是非const变量的地址

void doSomething(const Test *p1)  //（4）形参是指向const型变量的指针 
{
	p1->setX(5); //招致错误——error C2662: “Test::setX”: 不能将“this”指针从“const Test”转换为“Test &”
	p1->printxy( ); 
}

void main(void)  
{      
	Test t1(3,5);
	doSomething(&t1); //（4）实参是const变量的地址 
	system("pause");  
}

　　程序出的错误是一模一样的，形式参数p1所指向的对象不能被修改。和（3）稍有不同的是，单从实参的性质来看，p1所指向的对象t1是允许修改的，只是单纯因为形参上做的限定，不能改了。这要遗憾，这是const最大的功绩！若在某一个函数中，需求提及该函数只读取而不修改形参所指的对象，最好的方法就是，将形参设为const型变量的指针，无论实参是const对象，还是非const对象，统统一不能修改，这不正是我们要谈的关于数据的保护吗？

　　四、小结

　　引入指针之后，让这一部内容马上显得弯弯绕了。这可不是为了绕概念而设置的，最根本的目的，还是实施数据保护。通过将某些指针设置为指向常对象的指针，从而避免利用指针给对象改变值。

　　所以，本讲最有价值的地方在于第三部分之（3）和（4）——使用指向常对象的指针做形式参数。根据用指针做形参的机制，在函数中，可以通过指针改变实际参数所给定内存单元的值。如果这部分值是不能被改变的，为了实现这个需求，将指针设为指向常对象的指针，可以让编译器替我们把关。如果开发的是类库，那也可以避免使用者陷入不种令人抓狂的bug阵中。

　　另外，在程序执行中，如果一个指针所指向的位置一经初始化就不能再变，指向对象的常指针是最好的选择。

　　在C++提供的如此多的机制中，择其最合适的使用，考验的是程序员的智慧。深入理解，灵活搭配，方显专业功底。

（全文完）

码农公寓

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