【6. 深入理解 C++ 中的常量】

前言

在 C++ 中，常量是指程序执行期间不可更改的固定值（字面量）。合理使用常量能够提升代码的可读性、安全性和维护性。本文将从常量的基础知识入手，结合使用场景与创新实践，全面剖析常量的方方面面。

1. 常量概述

常量可分为以下几类：

• 整数常量：十进制、八进制、十六进制。
• 浮点常量：小数形式或科学计数法形式。
• 布尔常量：true 和 false。
• 字符常量：单引号括起来的字符，支持转义序列。
• 字符串常量：双引号括起来的字符序列。

常量定义后不可更改，与变量相比增加了数据安全性。

2. 常量类型解析与示例

2.1 整数常量

整数常量可以通过基数前缀区分：

• 十进制：直接书写，如 123。
• 八进制：以 0 开头，如 0123。
• 十六进制：以 0x 或 0X 开头，如 0x7B。

后缀修饰符：

• U（无符号）、L（长整型），顺序不限，大写小写均可。

示例：

int main() {
    unsigned int decimal = 215u; // 十进制无符号整数
    long hexValue = 0xFeeL;      // 十六进制长整型
    return 0;
}

2.2 浮点常量

浮点常量可表示为小数或科学计数法形式。科学计数法使用 e 或 E 表示指数部分。

示例：

int main() {
    double pi = 3.14159;          // 小数形式
    double largeNumber = 2.5E4;   // 科学计数法
    return 0;
}

2.3 布尔常量

布尔常量仅有两个值：true 和 false。

int main() {
    bool isValid = true;
    return 0;
}

2.4 字符与转义字符

字符常量包括普通字符、转义字符和 Unicode 字符。例如：

char newline = '\n';   // 换行符
char unicode = '\u03A9'; // Unicode 字符：希腊字母 Omega

转义序列表：

示例：

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    cout << "Hello\tWorld\n";
    return 0;
}

2.5 字符串常量

字符串由双引号括起来。可使用 \ 分隔长字符串：

string message = "Hello, \
World!";

3. 定义常量的两种方式

3.1 使用 #define

#define 是一种预处理器指令，用于宏替换：

#define PI 3.14
#define GREETING "Hello, World!"

优点：

• 简单明了，无需声明类型。

缺点：

• 不支持类型检查。
• 调试困难。

实例：

#define LENGTH 10
#define WIDTH 5

int main() {
    int area = LENGTH * WIDTH;
    cout << "Area: " << area << endl;
    return 0;
}

3.2 使用 const

const 声明类型安全的常量：

const double PI = 3.14;
const char NEWLINE = '\n';

优点：

• 类型安全，支持编译期检查。
• 能与作用域、内存分配机制配合使用。

实例：

int main() {
    const int LENGTH = 10;
    const int WIDTH = 5;
    cout << "Area: " << LENGTH * WIDTH << endl;
    return 0;
}

4. 深入理解宏与 const 的区别

4.1 类型与安全检查

• 宏定义仅做文本替换，无类型检查。
• const 是编译器语义，提供类型检查。

4.2 编译器处理阶段

• 宏定义在预处理阶段展开。
• const 常量在编译阶段生成类型安全的只读变量。

4.3 存储与作用域

• 宏定义无内存分配，作用域不限。
• const 常量存储于程序的数据段中，作用域受定义位置限制。

示例对比：

#include <iostream>
using namespace std;

void test() {
    #define MACRO 10
    const int CONSTANT = 10;
}

void compare() {
    cout << MACRO << endl; // 正确，宏定义全局有效
    // cout << CONSTANT << endl; // 错误，超出作用域
}

5. const 的高级用法与实践

5.1 修饰指针

const int* ptr1; // 指向的值不可修改
int* const ptr2; // 指针本身不可修改
const int* const ptr3; // 值和指针都不可修改

5.2 修饰函数参数

void printMessage(const string& message) {
    cout << message << endl; // 只读参数
}

5.3 修饰类成员函数

class Example {
public:
    void display() const {
        // 不能修改类成员变量
    }
};

5.4 返回值为 const

const string& getMessage() {
    static string msg = "Hello";
    return msg;
}

总结

C++ 中的常量不仅能提升代码安全性与可读性，还在现代编程中提供了丰富的灵活性。通过灵活应用 const 和宏定义，可以构建类型安全、高效且维护性强的代码。

最佳实践：

• 在大多数场景下，优先使用 const 替代 #define。
• 对需要严格不可修改的数据，使用 const 修饰。
• 合理设置作用域，避免不必要的全局常量。