一个常量成员函数和一个非常量成员函数有什么区别？

Question

我对下面这种常量版本和非常量版本的成员函数感到非常困惑：

value_type& top() { return this.item }
const value_type& top() const { return this.item }

这两个函数有什么区别？在什么情况下会使用它们？

- Yongwei Xing

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你应该考虑阅读《The Definitive C++ Book Guide and List》中列出的优秀入门书籍之一。 - James McNellis

吹毛求疵：mutable 是 C++ 的一个关键字，具有自己的含义，并不仅仅是 const 的相反。你的问题更清晰地表述应该是：“const 成员函数和非 const 成员函数之间有什么区别？” - Josh Kelley

@Josh - 你提到的明确消除歧义的观点很好，但我认为在编程语言中，“mutable”是足够常见的描述，指的是“可以修改的某个东西”。 - Stephen

@Josh：我同意并已相应更新了问题。如果有人对此感到冒犯，请随意回滚 :) - fredoverflow

@Josh：你说得对。mutable 不像 non-const 那么精确。 - Yongwei Xing

Answer 1

简而言之，它们用于为您的程序添加“常量正确性”。

value_type& top() { return this.item }

这用于提供对item的可变访问。它被用于允许您修改容器中的元素。

例如：

c.top().set_property(5);  // OK - sets a property of 'item'
cout << c.top().get_property();  // OK - gets a property of 'item'

这个模式的一个常见示例是使用 vector::operator[int index] 返回对元素的可变访问。

std::vector<int> v(5);
v[0] = 1;  // Returns operator[] returns int&.

另一方面：

const value_type& top() const { return this.item }

这个用于提供对 item 的 const 访问。它比之前的版本更加严格，但是有一个优点 - 你可以在 const 对象上调用它。

void Foo(const Container &c) {
   c.top();  // Since 'c' is const, you cannot modify it... so the const top is called.
   c.top().set_property(5);  // compile error can't modify const 'item'.
   c.top().get_property();   // OK, const access on 'item'. 
}

接下来以向量为例：

const std::vector<int> v(5, 2);
v[0] = 5;  // compile error, can't mutate a const vector.
std::cout << v[1];  // OK, const access to the vector.

- Stephen

Answer 2

如果调用const限定的成员函数，该成员函数将被调用，而对象必须是const限定的。

如果调用非const限定的成员函数，则该成员函数将被调用，而对象不需要是const限定的。

例如：

MyStack s;
s.top(); // calls non-const member function

const MyStack t;
t.top(); // calls const member function

请注意，当在对象的引用或指针上调用成员函数时，相同的规则适用：如果指针或引用指向const对象，则将调用const成员函数；否则将调用非const成员函数。

- James McNellis

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如果有一个成员函数像value_type& top() const { return this.item }，非const对象能调用它吗？如果添加const像函数foo() const，这意味着它会改变当前对象，对吗？如果是这样，它应该由非const或const对象调用。对吗？ - Yongwei Xing

如果一个对象不是const，并且成员函数有const和非const两种重载形式（并且这些重载形式在其他方面相同），那么将调用非const成员函数。您可以通过将对象强制转换为const引用，然后在其上调用成员函数来“强制”调用const成员函数。const成员函数不能修改任何非可变成员对象，也不能调用任何非const成员函数。 - James McNellis

@Yongwei Xing，补充一下James的回答，如果你只提供一个“const”重载，它将被const和非const对象使用。只有当你同时拥有const和非const重载时，它们才会使用不同的版本。通常，如果某个东西可以声明为“const”，那么它应该是这样的...非const对象可以调用const和非const函数，而const对象只能调用const限定的成员函数。 - Michael Aaron Safyan

Answer 3

如果您有

class Foo
{
    value_type& top() { return this.item }
    const value_type& top() const { return this.item }
}

如果您拥有

Foo foo;
const Foo cfoo;

调用 top() 时返回的类型如下：

value_type& bar = foo.top();
const value_type& cbar = cfoo.top();

换句话说，如果您有一个类的常量实例，则选择调用const版本的函数作为重载。

这个特定情况的原因是，您可以从类的常量实例中提供成员的引用（如此例中的item），并确保它们也是常量 - 因此不可修改，从而保留了它们来自的实例的常量性。

- Andrew Russell

Answer 4

当成员函数声明为const时，隐式传递给函数的this指针参数会被声明为指向常量对象的指针类型。这使得该函数可以使用常量对象实例进行调用。

value_type& top();    // this function cannot be called using a `const` object
const value_type& top() const; // this function can be called on a `const` object

- Michael Burr

Answer 5

value_type& top() { return this.item; } 确保调用对象的数据成员可以被修改或者返回值可以被修改。

value_type& top() const { return this.item; } 确保调用对象的数据成员不能被修改，但是返回值可以被修改。例如，如果我执行 value_type item_of_x = x.top();，item_of_x 可以被修改，但是 x 不能被修改。否则，编译器会报错（例如在函数体内有 this.item = someValue; 的代码）。

const value_type& top() { return this.item; } 确保调用对象的数据成员可以被修改，但是返回值不能被修改。这与上面讨论的相反：如果我执行 const value_type item_of_x = x.top();，item_of_x 不能被修改，但是 x 可以被修改。 注意 value_type item_of_x = x.top(); 仍然允许修改 item_of_x，因为 item_of_x 现在是非 const 的。

const value_type& top() const { return this.item; } 确保调用对象的数据成员和返回值都不能被修改。

- Don Larynx