C++总结：C++中的const和constexpr
C++中的const可用于修饰变量、函数，且在不同的地方有着不同的含义，现总结如下。
const的语义
C++中的const的目的是通过编译器来保证对象的常量性，强制编译器将所有可能违背const对象的常量性的操作都视为error。
struct
A {
int
*ptr;
};
int
k = 5, r = 6;
const
A a = {&k};
a.ptr = &r;
// !error
*a.ptr = 7;
// no error
a是const对象，则对a的任何成员进行赋值都会被视为error，但如果不改动ptr，而是改动ptr指向的对象，编译器就不会报错。这实际上违背了逻辑常量性，因为A的表现已经改变了！
class CTextBlock {
public:
...
std::size_t length()const;
private:
char *pText;
std::size_t textLength;// last calculated length of textblock
bool lengthIsValid;// whether length is currently valid
};
CTextBlock对象每次调用length方法后，都会将当前的长度缓存到textLength成员中，而lengthIsValid对象则表示缓存的有效性。这个场景中textLength和lengthIsValid如果改变了，其实是不违背CTextBlock对象的逻辑常量性的，但因为改变了对象中的某些bit，就会被编译器阻止。C++中为了解决此问题，增加了mutable关键字。
本部分总结：C++中const的语义是保证物理常量性，但通过mutable关键字可以支持一部分的逻辑常量性。
const修饰变量
const int i; i = 5;// !error const int j = 10;// ok
const int COMPILE_CONST = 10; const int RunTimeConst = cin.get(); int a1[COMPLIE_CONST];// ok in C++ and error in C int a2[RunTimeConst];// !error in C++
因为C++编译器可以将数组长度中出现的编译时常量直接替换为其字面值，相当于自动的宏替换。（gcc验证发现，只有数组长度那里直接做了替换，而其它用COMPILE_CONST赋值的地方并没有进行替换。）
//a.cpp extern const int M = 20; //b.cpp extern const int M;
一般认为将变量的定义放在.h文件中会导致所有include该.h文件的.cpp文件都有此变量的定义，在链接时会造成冲突。但将const变量的定义放在.h文件中是可以的，编译器会将这个变量放入每个.cpp文件的匿名namespace中，因而属于是不同变量，不会造成链接冲突。（注意：但如果头文件中的const量的初始值依赖于某个函数，而每次调用此函数的返回值不固定的话，会导致不同的编译单元中看到的该const量的值不相等。猜测：此时将该const量作为某个类的static成员可能会解决此问题。）
const修饰指针与引用
const修饰引用时，其意义与修饰变量相同。但const在修饰指针时，规则就有些复杂了。
const int *p1;// p1 is a non-const pointer and points to a const int int *const p2;// p2 is a const pointer and points to a non-const int const int *const p3;// p3 is a const pointer and points to a const it const int *pa1[10];// pa1 is an array and contains 10 non-const pointer point to a const int int *const pa2[10];// pa2 is an array and contains 10 const pointer point to a non-const int const int (* p4)[10];// p4 is a non-const pointer and points to an array contains 10 const int const int (*pf)();// pf is a non-const pointer and points to a function which has no arguments and returns a const int ...
const指针的解读规则差不多就是这些了……
指针自身为const表示不可对该指针进行赋值，而指向物为const则表示不可对其指向进行赋值。因此可以将引用看成是一个自身为const的指针，而const引用则是const Type * const指针。
指向为const的指针是不可以赋值给指向为非const的指针，const引用也不可以赋值给非const引用，但反过来就没有问题了，这也是为了保证const语义不被破坏。
int i; const int *cp = &i; int *p =const_cast<int *>(cp); const int *cp2 =static_cast<const int *>(p);// here the static_cast is optional
C++类中的this指针就是一个自身为const的指针，而类的const方法中的this指针则是自身和指向都为const的指针。
类中的const成员变量
类中的const成员变量可分为两种：非static常量和static常量。
非static常量：
class B {
public:
B(): name("aaa") {
name ="bbb";// !error
}
private:
const std::string name;
};
static常量：
// a.h
class A {
...
static const std::string name;
};
// a.cpp
const std::string A::name("aaa");
// a.h
class A {
...
static const int SIZE = 50;
};
// a.cpp
const int A::SIZE = 50;// if use SIZE as a variable, not a macro
const修饰函数
C++中可以用const去修饰一个类的非static成员函数，其语义是保证该函数所对应的对象本身的const性。在const成员函数中，所有可能违背this指针const性（const成员函数中的this指针是一个双const指针）的操作都会被阻止，如对其它成员变量的赋值以及调用它们的非const方法、调用对象本身的非const方法。但对一个声明为mutable的成员变量所做的任何操作都不会被阻止。这里保证了一定的逻辑常量性。
class A {
public:
int &operator[](int i) {
++***dReadCount;
return data[i];
}
const int &operator[](int i)const {
++size;// !error
--size;// !error
++***dReadCount;// ok
return data[i];
}
private:
int size;
mutable ***dReadCount;
std::vector<int> data;
};
A &a = ...;
const A &ca = ...;
int i = a[0];// call operator[]
int j = ca[0];// call const operator[]
a[0] = 2;// ok
ca[0] = 2;// !error
int &A::operator[](int i) {
return const_cast<int &>(static_cast<const A &>(*this).operator[](i));
}
其中为了避免调用自身导致死循环，首先要将*this转型为const A &，可以使用static_cast来完成。而在获取到const operator[]的返回值后，还要手动去掉它的const，可以使用const_cast来完成。一般来说const_cast是不推荐使用的，但这里我们明确知道我们处理的对象其实是非const的，那么这里使用const_cast就是安全的。
constexpr
constexpr是C++11中新增的关键字，其语义是“常量表达式”，也就是在编译期可求值的表达式。最基础的常量表达式就是字面值或全局变量/函数的地址或sizeof等关键字返回的结果，而其它常量表达式都是由基础表达式通过各种确定的运算得到的。constexpr值可用于enum、switch、数组长度等场合。
constexpr int Inc(int i) {
return i + 1;
}
constexpr int a = Inc(1);// ok
constexpr int b = Inc(cin.get());// !error
constexpr int c = a * 2 + 1;// ok
struct A {
constexpr A(int xx,int yy): x(xx), y(yy) {}
int x, y;
};
constexpr A a(1, 2);
enum {SIZE_X = a.x, SIZE_Y = a.y};
constexpr的好处：
- 是一种很强的约束，更好地保证程序的正确语义不被破坏。
- 编译器可以在编译期对constexpr的代码进行非常大的优化，比如将用到的constexpr表达式都直接替换成最终结果等。
- 相比宏来说，没有额外的开销，但更安全可靠。
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