C++中类中const知识应用详解

下面将从**const 成员**、const 成员函数、const 对象、mutable、constexpr 等方面，逐一详解 C++ 类中常见的 const 用法及注意事项，并配合示例。

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一、const 数据成员

1. 必须在初始化列表中初始化

   class A {const int x;    // const 成员
   public:A(int v) : x(v) { }   // ❌ 合法：初始化列表中初始化// A(int v) { x = v; } // ❌ 错误：无法在函数体内赋值
   };
   

2. 不可修改

   • 一旦初始化，之后在对象生存期内不能再改变。
   • 可用于对外保证成员不被篡改。

3. 与静态成员结合

   class B {static const int N = 100;  // 类内常量，若需要 ODR 定义，则在 cpp 中：// const int B::N; 
   };
   

   • static const 整数／枚举成员可在类内直接给初始值，不占实例空间。

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二、const 成员函数

在成员函数后添加 const，表明该函数不会修改任何非 mutable 成员，也不会调用非 const 成员函数。

class C {int x;
public:C(int v): x(v) {}int  getX() const {      // 常量成员函数return x;             // 只能访问 x，不可修改}void setX(int v) {       // 非 const 函数x = v;}
};

• 调用约束

  const C c1(5);
  c1.getX();     // ✅ 可以调用 const 成员函数
  // c1.setX(7); // ❌ 错误：不能调用非 const 成员函数
  

• 隐式 this 类型

  • 在 const 成员函数中，this 的类型为 const C*，保证不可修改成员。

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三、const 对象

C obj1(3);      // 普通对象
const C obj2(4); // 常量对象，只能调用 const 成员函数

• 只读语义：obj2 的所有非 static 数据成员对于外部都是只读的。

• 可与指针/引用混用：

  void foo(const C& c);
  foo(obj1);    // OK，将 obj1 作为只读参数
  

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四、mutable 修饰符

当你希望在 const 成员函数中仍然修改某些成员，可将它们声明为 mutable：

class Logger {mutable std::ostream& os;  // 即使在 const 函数中也可修改
public:Logger(std::ostream& _os): os(_os) {}void log(const std::string& msg) const {os << msg << std::endl; // OK，os 是 mutable}
};

• 场景：缓存、延迟初始化、统计访问次数等。

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五、constexpr 与常量表达式

C++11 起，可将成员函数或构造函数声明为 constexpr，使其在编译期计算：

class Point {int x, y;
public:constexpr Point(int _x, int _y): x(_x), y(_y) {}constexpr int getX() const { return x; }constexpr int getY() const { return y; }
};constexpr Point p(1,2);
static_assert(p.getX() == 1, "");  // 在编译期验证

• 注意：

  • constexpr 成员函数 必须 同时 是 const（除了构造函数）。
  • 只有在满足编译期求值规则时才真正成为常量表达式。

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六、与继承结合

struct Base {virtual void foo() const {// ...}
};
struct Derived : Base {void foo() const override { // 覆盖 const 成员函数// ...}
};

• 覆盖时签名要一致：返回类型、参数列表后是否 const 都要相同，否则不构成覆盖。

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七、注意事项汇总

1. 忘记在初始化列表中初始化 const 成员

   • 会导致编译错误。

2. 在 const 成员函数中尝试修改非 mutable 成员

   • 编译器会报错，防止越界修改。

3. constexpr 函数应当尽量简单

   • 包含循环与分支也支持，但要遵守常量表达式的限制。

4. 不要滥用 mutable

   • 可能破坏对象的逻辑常量性（logical constness），只在真正需要缓存、延迟初始化时使用。

5. 接口设计

   • 对于只读操作，应当标记为 const；有副作用的操作，要去除 const，让常量对象无法调用。

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八、综合示例

#include <iostream>
#include <vector>class Matrix {const int rows, cols;           // 必须初始化std::vector<double> data;       // 默认构造mutable bool           dirty;   // 缓存标志
public:// constexpr 构造 + 初始化列表constexpr Matrix(int r, int c): rows(r), cols(c), data(r*c), dirty(true) {}// const 成员函数：只读访问double get(int i, int j) const {dirty = false;             // OK：dirty 是 mutablereturn data[i*cols + j];}// 非 const 成员函数：修改void set(int i, int j, double v) {data[i*cols + j] = v;dirty = true;}constexpr int getRows() const { return rows; }constexpr int getCols() const { return cols; }bool isDirty() const { return dirty; }
};int main() {Matrix M(2,3);M.set(0,0,1.23);std::cout << M.get(0,0) << "\n";    // 可以修改 dirtystd::cout << std::boolalpha << M.isDirty() << "\n";   // falseconstexpr Matrix N(3,3);static_assert(N.getRows()==3, "");  // 编译期校验return 0;
}