C++中的const又玩出了新花样

在C语言中，const  用来限制一个变量，表示这个变量不能被修改，我们通常称这样的变量为常量（Constant），《C语言const：禁止修改变量的值》一节已经进行了细致的讲解。

在C++中，const 的含义并没有改变，只是对细节进行了一些调整，以下是最主要的两点。

C++中的 const 更像编译阶段的 #define

先来看下面的两条语句：

const int m = 10;
int n = m;

我们知道，变量是要占用内存的，即使被 const 修饰也不例外。m、n 两个变量占用不同的内存，int n = m;表示将 m 的值赋给 n，这个赋值的过程在C和C++中是有区别的。

在C语言中，编译器会先到 m 所在的内存取出一份数据，再将这份数据赋给 n；而在C++中，编译器会直接将 10 赋给 m，没有读取内存的过程，和int n = 10;的效果一样。C++ 中的常量更类似于#define命令，是一个值替换的过程，只不过#define是在预处理阶段替换，而常量是在编译阶段替换。

C++ 对 const 的处理少了读取内存的过程，优点是提高了程序执行效率，缺点是不能反映内存的变化，一旦 const 变量被修改，C++ 就不能取得最新的值。

有读者提出疑问，const 变量不是禁止被修改吗？对，这种说法没错！不过这只是语法层面上的限制，通过指针仍然可以修改。下面的代码演示了如何通过指针修改 const 变量：

#include <stdio.h>
int main(){
    const int n = 10;
    int *p = (int*)&n;  //必须强制类型转换
    *p = 99;  //修改const变量的值
    printf("%d\n", n);
    return 0;
}

注意，&n得到的指针的类型是const int *，必须强制转换为int *后才能赋给 p，否则类型是不兼容的。

将代码放到.c文件中，以C语言的方式编译，运行结果为99。再将代码放到.cpp文件中，以C++的方式编译，运行结果就变成了10。这种差异正是由于C和C++对 const 的处理方式不同造成的。

在C语言中，使用 printf 输出 n 时会到内存中获取 n 的值，这个时候 n 所在内存中的数据已经被修改成了 99，所以输出结果也是 99。而在C++中，printf("%d\n", n);语句在编译时就将 n 的值替换成了 10，效果和printf("%d\n", 10);一样，不管 n 所在的内存如何变化，都不会影响输出结果。

当然，这种修改常量的变态代码在实际开发中基本不会出现，本例只是为了说明C和C++对 const 的处理方式的差异：C语言对 const 的处理和普通变量一样，会到内存中读取数据；C++ 对 const 的处理更像是编译时期的#define，是一个值替换的过程。

C++中全局 const 变量的可见范围是当前文件

我们知道，普通全局变量的作用域是当前文件，但是在其他文件中也是可见的，使用extern声明后就可以使用，这在《C语言模块化开发》专题中已经进行了深入讲解。下面是多文件编程的演示代码：

代码段1（源文件1）：

#include <stdio.h>
int n = 10;
void func();
int main(){
    func();
    printf("main: %d\n", n);
    return 0;
}

代码段2（源文件2）：

#include <stdio.h>
extern int n;
void func(){
    printf("module: %d\n", n);
}

不管是以C还是C++的方式编译，运行结果都是：

在C语言中，const 变量和普通变量一样，在其他源文件中也是可见的。修改代码段1，在 n 的定义前面加 const 限制，如下所示：

修改后的代码仍然能够正确编译，运行结果和上面也是一样的。这说明C语言中的 const 变量在多文件编程时的表现和普通变量一样，除了不能修改，没有其他区别。

但是如果按照C++的方式编译（将源文件后缀设置为.cpp），修改后的代码就是错误的。这是因为 C++ 对 const 的特性做了调整，C++ 规定，全局 const 变量的作用域仍然是当前文件，但是它在其他文件中是不可见的，这和添加了static关键字的效果类似。虽然代码段2中使用 extern 声明了变量 n，但是在链接时却找不到代码段1中的 n。

由于 C++ 中全局 const 变量的可见范围仅限于当前源文件，所以可以将它放在头文件中，这样即使头文件被包含多次也不会出错，请看下面的例子。

module.h 代码：

const int n = 10;
void func();

module.cpp 代码：

#include <stdio.h>
#include "module.h"
void func(){
    printf("module: %d\n", n);
}

main.cpp 代码：

#include <stdio.h>
#include "module.h"
int main(){
    func();
    printf("main: %d\n", n);
    return 0;
}

运行结果：

C和C++中全局 const 变量的作用域相同，都是当前文件，不同的是它们的可见范围：C语言中 const 全局变量的可见范围是整个程序，在其他文件中使用 extern 声明后就可以使用；而C++中 const 全局变量的可见范围仅限于当前文件，在其他文件中不可见，所以它可以定义在头文件中，多次引入后也不会出错。

如果你使用的是 GCC，那么可以通过添加 extern 关键字来增大 C++ 全局 const 变量的可见范围，如下所示：

这样 n 的可见范围就变成了整个程序，在其他文件中使用 extern 声明后就可以使用了。不过这种方式只适用于 GCC，不适用于 VS/VC。

总结

C++ 中的 const 变量虽然也会占用内存，也能使用&获取得它的地址，但是在使用时却更像编译时期的#define；#define也是值替换，可见范围也仅限于当前文件。

很多C++教程在对比 const 和 #define 的优缺点时提到，#define 定义的常量仅仅是字符串的替换，不会进行类型检查，而 const 定义的常量是有类型的，编译器会进行类型检查，相对来说比 #define 更安全，所以鼓励大家使用 const 代替 #define。

这种说法虽然没错，但是我们没有发现不进行类型检查有什么隐患，我在使用 #define 的过程中也没有发现什么缺点，所以我对上面的观点持保留态度，也请大家多多指点。