C++中的const又玩出了新花样

在 C 语言中，const 用来修饰变量，表示该变量值不可被修改，我们通常称之为常量（Constant）。《C 语言 const 的用法详解》一节已对此进行了详细阐述。在 C++ 中，const 的基本含义不变，但在编译器处理和链接过程上有一些重要差异，以下针对最主要的两点进行说明。

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1. 编译阶段的“替换” vs. 运行阶段的内存读取

const int m = 10;
int n = m;

• 在 C 语言（C99 及以后）中，const int m 仍是一个内存对象；执行 int n = m; 时，编译器生成代码读取 m 所在内存，然后将其值存入 n。
• 在 C++ 中，编译器会将 m 看作编译期常量，将 int n = m; 等价替换为 int n = 10;，不再生成对内存的读取指令——这与 #define m 10 的效果类似。

这样做的优点在于减少运行时开销，但缺点是如果强制通过指针修改了 m，随后对 m 的访问仍会使用编译期间替换的值：

// test.c
#include <stdio.h>
int main() {
    const int n = 10;
    int *p = (int*)&n;
    *p = 99;
    printf("C 输出: %d\n", n);  // 输出 99（读取内存）
    return 0;
}

// test.cpp
#include <stdio.h>
int main() {
    const int n = 10;
    int *p = (int*)&n;
    *p = 99;
    printf("C++ 输出: %d\n", n);  // 输出 10（编译期替换）
    return 0;
}

注意：虽然 const 在语法层面阻止修改，但可以通过强制转换指针绕过。此处示例仅用于说明编译器处理差异，实际代码中请勿滥用。

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2. 全局 const 变量的链接属性

• C 语言：全局变量默认具有外部链接（external linkage），即使使用了 const，在其他源文件中使用 extern 声明后也可访问。

• C++：全局 const 对象默认具有内部链接（internal linkage），等同于隐含了 static，只能在声明它的翻译单元（源文件）内可见。若将其放入头文件，多次包含也不会导致重定义错误：

  // module.h
  const int N = 10;
  void func();
  
  // module.cpp
  #include "module.h"
  void func() { printf("module: %d\n", N); }
  
  // main.cpp
  #include "module.h"
  int main() {
    func();
    printf("main: %d\n", N);
    return 0;
  }

  若要在 C++ 中让全局 const 具有外部链接，可显式添加 extern（GCC 支持，但 MSVC/Clang 对此行为有所差异）：

  // globals.h
  extern const int M = 20;  // 显式外部链接

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3. C++11 及以后的 constexpr

从 C++11 起，引入了 constexpr 关键字，用于定义常量表达式：

• constexpr 对象在符合规则时可以用于编译期计算，比 const 更严格。
• 可修饰函数、构造函数、变量。

constexpr int square(int x) { return x * x; }
constexpr int SIZE = square(5);  // 在编译期求值，等同于 25

使用 constexpr 可以更好地表达“编译期常量”的语义，并在泛型编程和模板元编程中发挥重要作用。

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4. 总结

1. 语义清晰：在 C++ 中，优先使用 constexpr（C++11+）和 const，而非 #define，以获得类型检查和调试友好性。
2. 注意链接：了解全局 const 的内部链接特性，必要时可用 extern 或命名空间管理可见性。
3. 不要滥用指针修改：即使可以通过指针修改 const 对象，也严重违反常量语义，应极力避免。