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正確使用const

文/楚雲風

  基本解釋

  const是一個C語言的關鍵字,它限定一個變量不允許被改變。使用const在一定程度上可以提高程序的健壯性,另外,在觀看別人代碼的時候,清晰理解const所起的作用,對理解對方的程序也有一些幫助。

  雖然這聽起來很簡單,但實際上,const的使用也是c語言中一個比較微妙的地方,微妙在何處呢?請看下面幾個問題。

  問題:const變量 & 常量

  為什麼我像下面的例子一樣用一個const變量來初始化數組,ANSI C的編譯器會報告一個錯誤呢?

  const int n = 5;

  int a[n];

  答案與分析:

  1)、這個問題討論的是「常量」與「唯讀變量」的區別。常量肯定是唯讀的,例如5, 「abc」,等,肯定讀的,因為程序中根本沒有地方存放它的值,當然也就不能夠去修改它。而「讀變量」則是在內存中開闢一個地方來存放它的值,只不 過這個值由編譯器限定不允許被修改。C語言關鍵字const就是用來限定一個變量不允許被改變的修飾符(Qualifier)。上述代碼中變量n被修飾為讀變量,可惜再怎麼修飾也不是常量。而ANSI C規定數組定義時維度必須是「常量」,「唯讀變量」也是不可以的。

  2)、注意:在ANSI C中,這種寫法是錯誤的,因為數組的大小應該是個常量,而const int n,n只是一個變量(常量 != 不可變的變量,但在標準C++中,這樣定義的是一個常量,這種寫法是對的),實際上,根據編譯過程及記憶體分配來看,這種用法本來就應該是合理的,只是 ANSI C對數組的規定限制了它。

  3)、那麼,在ANSI C 語言中用什麼來定義常量呢?答案是enum類型和#define巨集,這兩個都可以用來定義常量。

  問題:const變量 & const 限定的內容

  下面的代碼編譯器會報一個錯誤,請問,哪一個語句是錯誤的呢?

  typedef char * pStr;

  char string[4] = "abc";

  const char *p1 = string;

  const pStr p2 = string;

  p1++;

  p2++;

  答案與分析:

  問題出在p2++上。

  1)、const使用的基本形式: const char m;

  限定m不可變。

  2)、替換1式中的m, const char *pm;

  限定*pm不可變,當然pm是可變的,因此問題中p1++是對的。

  3)、替換1式char, const newType m;

  限定m不可變,問題中的charptr就是一種新類型,因此問題中p2不可變,p2++是錯誤的。

  問題:const變量 & 字串常量

  請問下面的程式碼有什麼問題?

  char *p = "i'm hungry!";

  p[0]= 'I';

  答案與分析:

  上面的代碼可能會造成記憶體的非法寫入操作。分析如下, 「i'm hungry」實質上是字串常量,而常量往往被編譯器放在唯讀的記憶體區域,不可寫入的。p初始指向這個唯讀的記憶體區域,而p[0] = 'I'則企圖去寫這個地方,編譯器當然不會答應。

  問題:const變量 & 字符串常量2

  請問char a[3] = "abc" 合法嗎?使用它有什麼隱患?

  答案與分析:

  在標準C中這是合法的,但是它的生存環境非常狹小;它定義一個大小為3的數組,初始化為「abc」,注意,它沒有通常的字串終止符


關鍵字Const 與Volatile的使用

 
Const

關鍵字const有什麼含意?
我只要一聽到被面試者說:「const意味著常數」,我就知道我正在和一個業餘者打交道。去年Dan Saks已經在他的文章裡完全概括了const的所有用法,因此ESP(譯者:Embedded Systems Programming)的每一位讀者應該非常熟悉const能做什麼和不能做什麼.如果你從沒有讀到那篇文章,只要能說出const意味著「唯讀」就可 以了。儘管這個答案不是完全的答案,但我接受它作為一個正確的答案。(如果你想知道更詳細的答案,仔細讀一下Saks的文章吧。)
如果應試者能正確回答這個問題,我將問他一個附加的問題:
下面的聲明都是什麼意思?

const int a;
int const a;
const int *a;
int * const a;
int const * a const;

/******/
前兩個的作用是一樣,a是一個常量整數型態。第三個意味著a是一個指向常量整數型態的指標(也就是,整數型態是不可修改的,但指標可 以)。第四個意思a是一個指向整數型態的常量指標(也就是說,指標指向的整數型態是可以修改的,但指標是不可修改的)。最後一個意味著a是一個指向常量整數型態的常數 指標(也就是說,指標指向的整數型態是不可修改的,同時指標也是不可修改的)。如果應試者能正確回答這些問題,那麼他就給我留下了一個好印象。順帶提一句, 也許你可能會問,即使不用關鍵字 const,也還是能很容易寫出功能正確的程序,那麼我為什麼還要如此看重關鍵字const呢?我也如下的幾下理由:

‧; 關鍵字const的作用是為給讀你程式碼的人傳達非常有用的訊息,實際上,宣告一個參數為常量是為了告訴了使用者這個參數的應用目的。如果你曾花很多時間清理 其它人留下的垃圾,你就會很快學會感謝這點多餘的訊息。(當然,懂得用const的程式設計師很少會留下的垃圾讓別人來清理的。)
‧; 通過給最佳化產生器一些附加的信息,使用關鍵字const也許能產生更緊湊的程式碼。
‧; 合理地使用關鍵字const可以使編譯器很自然地保護那些不希望被改變的參數,防止其被無意的程式碼修改。簡而言之,這樣可以減少bug的出現。


Volatile

關鍵字volatile有什麼含意?並給出三個不同的例子。
一個定義為volatile的變量是說這變量可能會被意想不到地改變,這樣,編譯器就不會去假設這個變量的值了。精確地說就是,優化器在用到這個變量時必須每次都小心地重新讀取這個變量的值,而不是使用保存在暫存器裡的備份。下面是volatile變量的幾個例子:

‧; 並行設備的硬體暫存器(如:狀態暫存器)
‧; 一個中斷服務子程序中會訪問到的非自動變量(Non-automatic variables)
‧; 多執行緒應用中被幾個任務共享的變量

回答不出這個問題的人是不會被僱用的。我認為這是區分C程序員和嵌入式系統程序員的最基本的問題。搞嵌入式的傢伙們經常同硬體、中斷、RTOS等等打交道,所有這些都要求用到volatile變量。不懂得volatile的內容將會帶來災難。
假設被面試者正確地回答了這是問題(嗯,懷疑是否會是這樣),我將稍微深究一下,看一下這傢伙是不是直正懂得volatile完全的重要性。

‧; 一個參數既可以是const還可以是volatile嗎?解釋為什麼。
‧; 一個指標可以是volatile 嗎?解釋為什麼。
‧; 下面的函數有什麼錯誤:
int square(volatile int *ptr)
{
    return *ptr * *ptr;
}

下面是答案:

‧; 是的。一個例子是唯讀的狀態暫存器。它是volatile因為它可能被意想不到地改變。它是const因為程序不應該試圖去修改它。
‧; 是的。儘管這並不很常見。一個例子是當一個中服務子程序修該一個指向一個buffer的指標時。
‧; 這段程式碼有點變態。這段程式碼的目的是用來返回指標*ptr指向值的平方,但是,由於*ptr指向一個volatile型參數,編譯器將產生類似下面的代碼:
int square(volatile int *ptr)
{
    int a,b;
    a = *ptr;
    b = *ptr;
    return a * b;
}

由於*ptr的值可能被意想不到地該變,因此a和b可能是不同的。結果,這段代碼可能返不是你所期望的平方值!正確的程式碼如下:

long square(volatile int *ptr)
{
    int a;
    a = *ptr;
    return a * a;
}


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