面试题：C++ 中const与指针、引用的复杂结合

Question

请分析以下代码片段中const的作用，并说明每个变量的可修改性： ```cpp int num = 10; const int* ptr1 = # int* const ptr2 = # const int* const ptr3 = # const int& ref1 = num; int& const ref2 = num; // 这行代码是否正确，为什么？ ``` 同时，请解释在函数参数传递中，使用const指针和const引用作为参数有什么好处和区别。

Answer 1

1. 分析代码片段中const的作用及变量可修改性：

   • int num = 10;：定义一个普通的int类型变量num，其值可以修改。
   • const int* ptr1 = #：
     • const的作用：修饰指针所指向的对象，即指针ptr1指向的int类型对象是常量。
     • 可修改性：num本身的值可以修改（因为它定义时不是const），ptr1可以指向其他int类型变量，但不能通过ptr1修改其所指向的值。例如*ptr1 = 20;会报错。
   • int* const ptr2 = #：
     • const的作用：修饰指针本身，即指针ptr2是常量。
     • 可修改性：ptr2不能再指向其他int类型变量，但可以通过ptr2修改num的值。例如*ptr2 = 30;是合法的，而ptr2 = &anotherNum;会报错。
   • const int* const ptr3 = #：
     • const的作用：第一个const修饰指针所指向的对象，第二个const修饰指针本身。
     • 可修改性：ptr3不能再指向其他int类型变量，也不能通过ptr3修改其所指向的值。
   • const int& ref1 = num;：
     • const的作用：修饰引用所绑定的对象，即引用ref1绑定的int类型对象是常量。
     • 可修改性：不能通过ref1修改num的值，但num本身的值可以修改（因为它定义时不是const）。例如ref1 = 40;会报错。
   • int& const ref2 = num;：
     • 这行代码不正确。原因是引用本身一经初始化就不能再绑定到其他对象，所以不需要用const修饰引用本身。const修饰引用通常是修饰引用所绑定的对象，即const int& ref = num;这种形式。

2. 在函数参数传递中，使用const指针和const引用作为参数的好处和区别：

   • 好处：
     • 保护数据：使用const指针和const引用作为参数，可以防止函数内部意外修改传入的参数值，保护了调用者的数据。
     • 提高效率：对于较大的对象，通过引用或指针传递可以避免对象的拷贝，提高函数调用效率。使用const修饰可以明确告知调用者函数不会修改传入的对象。
   • 区别：
     • 语法和语义：指针可以为空，而引用必须在初始化时绑定到一个对象，并且之后不能再绑定到其他对象。const指针可以重新指向其他对象（如果指针本身不是const），而const引用一旦绑定就无法改变绑定对象。
     • 使用场景：如果需要表示一个可能为空的对象引用，指针更合适；如果确定引用会始终绑定到一个有效的对象，并且不需要重新绑定，引用更简洁且使用起来更安全（因为不存在空引用）。在函数参数传递中，如果参数可能为nullptr，使用const指针；如果参数肯定是有效的对象，使用const引用更自然。