C语言中const关键词的作用和用途以及与define的对比

const关键词的作用和用途
const 在实际编程中用得并不多,const 是 constant 的缩写,意思是“恒定不变的”!它是定义只读变量的关键字,或者说 const 是定义常变量的关键字。

说 const 定义的是变量,但又相当于常量;说它定义的是常量,但又有变量的属性,所以叫常变量。用 const 定义常变量的方法很简单,就在通常定义变量时前面加 const 即可。
例如:

const  int  a = 10;

const 和变量类型 int 可以互换位置,二者是等价的,即上条语句等价于:

int  const  a = 10;

那么用 const 修饰后和未修饰前有什么区别呢?它们不都等于 10 吗?

用 const 定义的变量的值是不允许改变的,即不允许给它重新赋值,即使是赋相同的值也不可以。所以说它定义的是只读变量。这也就意味着必须在定义的时候就给它赋初值。

如果定义的时候未初始化,我们知道,对于未初始化的局部变量,程序在执行的时候会自动把一个很小的负数存放进去。这样后面再给它赋初值的话就是“改变它的值”了,即发生语法错误。

用 const 修饰的变量,无论是全局变量还是局部变量,生存周期都是程序运行的整个过程。全局变量的生存周期为程序运行的整个过程这个是理所当然的。而使用 const 修饰过的局部变量就有了静态特性,它的生存周期也是程序运行的整个过程。我们知道全局变量是静态的,静态的生存周期就是程序运行的整个过程。但是用const修饰过的局部变量只是有了静态特性,并没有说它变成了静态变量。

我们知道,局部变量存储在栈中,静态变量存储在静态存储区中,而经过 const 修饰过的变量存储在内存中的“只读数据段”中。只读数据段中存放着常量和只读变量等不可修改的量。

有时候我们希望定义这样一种变量,它的值不能被改变,在整个作用域中都保持固定。例如,用一个变量来表示班级的最大人数,或者表示缓冲区的大小。为了满足这一要求,可以使用const关键字对变量加以限定:

const int MaxNum = 100; //班级的最大人数
这样 MaxNum 的值就不能被修改了,任何对 MaxNum 赋值的行为都将引发错误:

MaxNum = 90; //错误,试图向 const 变量写入数据
我们经常将 const 变量称为常量(Constant)。创建常量的格式通常为:

const type name = value;

const 和 type 都是用来修饰变量的,它们的位置可以互换,也就是将 type 放在 const 前面:

type const name = value;

但我们通常采用第一种方式,不采用第二种方式。另外建议将常量名的首字母大写,以提醒程序员这是个常量。

由于常量一旦被创建后其值就不能再改变,所以常量必须在定义的同时赋值(初始化),后面的任何赋值行为都将引发错误。一如既往,初始化常量可以使用任意形式的表达式,如下所示:

#include <stdio.h>
int getNum(){
    
    
return 100;
}
int main(){
    
    
int n = 90;
const int MaxNum1 = getNum(); //运行时初始化
const int MaxNum2 = n; //运行时初始化
const int MaxNum3 = 80; //编译时初始化
printf("%d, %d, %d\n", MaxNum1, MaxNum2, MaxNum3);
return 0;
}
运行结果:
100, 90, 80

const 和指针
const 也可以和指针变量一起使用,这样可以限制指针变量本身,也可以限制指针指向的数据。const 和指针一起使用会有几种不同的顺序,如下所示:

const int *p1;
int const *p2;
int * const p3;
在最后一种情况下,指针是只读的,也就是 p3 本身的值不能被修改;在前面两种情况下,指针所指向的数据是只读的,也就是 p1、p2 本身的值可以修改(指向不同的数据),但它们指向的数据不能被修改。

当然,指针本身和它指向的数据都有可能是只读的,下面的两种写法能够做到这一点:

const int * const p4;
int const * const p5;
const 和指针结合的写法多少有点让初学者摸不着头脑,大家可以这样来记忆:const 离变量名近就是用来修饰指针变量的,离变量名远就是用来修饰指针指向的数据,如果近的和远的都有,那么就同时修饰指针变量以及它指向的数据。

const 和函数形参
在C语言中,单独定义 const 变量没有明显的优势,完全可以使用#define命令代替。const 通常用在函数形参中,如果形参是一个指针,为了防止在函数内部修改指针指向的数据,就可以用 const 来限制。

在C语言标准库中,有很多函数的形参都被 const 限制了,下面是部分函数的原型:

size_t strlen ( const char * str );
int strcmp ( const char * str1, const char * str2 );
char * strcat ( char * destination, const char * source );
char * strcpy ( char * destination, const char * source );
int system (const char* command);
int puts ( const char * str );
int printf ( const char * format, ... );

我们自己在定义函数时也可以使用 const 对形参加以限制,例如查找字符串中某个字符出现的次数:

#include <stdio.h>
size_t strnchr(const char *str, char ch){
    
    
int i, n = 0, len = strlen(str);
for(i=0; i<len; i++){
    
    
if(str[i] == ch){
    
    
n++;
}
}
return n;
}
int main(){
    
    
char *str = "http://c.biancheng.net";
char ch = 't';
int n = strnchr(str, ch);
printf("%d\n", n);
return 0;
}
运行结果:
3

根据 strnchr() 的功能可以推断,函数内部要对字符串 str 进行遍历,不应该有修改的动作,用 const 加以限制,不但可以防止由于程序员误操作引起的字符串修改,还可以给用户一个提示,函数不会修改你提供的字符串,请你放心。

const 和非 const 类型转换
当一个指针变量 str1 被 const 限制时,并且类似const char *str1这种形式,说明指针指向的数据不能被修改;如果将 str1 赋值给另外一个未被 const 修饰的指针变量 str2,就有可能发生危险。因为通过 str1 不能修改数据,而赋值后通过 str2 能够修改数据了,意义发生了转变,所以编译器不提倡这种行为,会给出错误或警告。

也就是说,const char *和char *是不同的类型,不能将const char *类型的数据赋值给char *类型的变量。但反过来是可以的,编译器允许将char *类型的数据赋值给const char *类型的变量。

这种限制很容易理解,char *指向的数据有读取和写入权限,*而const char 指向的数据只有读取权限,降低数据的权限不会带来任何问题,但提升数据的权限就有可能发生危险。

C语言标准库中很多函数的参数都被 const 限制了,但我们在以前的编码过程中并没有注意这个问题,经常将非 const 类型的数据传递给 const 类型的形参,这样做从未引发任何副作用,原因就是上面讲到的,将 const 类型转换为非 const 类型是允许的。

下面是一个将 const 类型赋值给非 const 类型的例子:

#include <stdio.h>
void func(char *str){
    
     }
int main(){
    
    
const char *str1 = "c.biancheng.net";
char *str2 = str1;
func(str1);
return 0;
}

第7、8行代码分别通过赋值、传参(传参的本质也是赋值)将 const 类型的数据交给了非 const 类型的变量,编译器不会容忍这种行为,会给出警告,甚至直接报错。

const VS define

很多人在学习 const 的时候都会混淆它与 define 的区别。从功能上说它们确实很像,但它们又有明显的不同:
define是预编译指令,而const是普通变量的定义。define定义的宏是在预处理阶段展开的,而const定义的只读变量是在编译运行阶段使用的。
const定义的是变量,而define定义的是常量define定义的宏在编译后就不存在了,它不占用内存,因为它不是变量,系统只会给变量分配内存但const定义的常变量本质上仍然是一个变量,具有变量的基本属性,有类型、占用存储单元。可以说,常变量是有名字的不变量,而常量是没有名字的。有名字就便于在程序中被引用,所以从使用的角度看,除了不能作为数组的长度,用const定义的常变量具有宏的优点,而且使用更方便。所以编程时在使用const和define都可以的情况下尽量使用常变量来取代宏
const定义的是变量,而宏定义的是常量,所以const定义的对象有数据类型,而宏定义的对象没有数据类型。所以编译器可以对前者进行类型安全检查,而对后者只是机械地进行字符替换,没有类型安全检查。这样就很容易出问题,即“边际问题”或者说是“括号问题”。

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