面试题：C++中const对象与const成员函数的关系及应用场景

Question

阐述C++中const对象与const成员函数之间的关系，为什么const对象只能调用const成员函数？在实际项目开发中，const对象和const成员函数通常应用在哪些场景下？

Answer 1

const对象与const成员函数的关系

1. 概念
   • const对象：一旦创建，其成员变量的值在对象的生命周期内不能被修改。例如：const ClassName obj;，这里obj就是一个const对象。
   • const成员函数：在函数声明和定义中使用const关键字修饰的成员函数，它承诺不会修改调用该函数的对象的成员变量（除非这些成员变量被声明为mutable）。例如：class ClassName { public: void func() const; };，func就是一个const成员函数。
2. 关系
   • const对象只能调用const成员函数，这是C++的语法规则。因为const对象的状态是不能被改变的，而非const成员函数可能会修改对象的状态，所以为了保证const对象的常量性，只能调用const成员函数。

为什么const对象只能调用const成员函数

1. 安全性考虑
   • 防止意外修改const对象的状态。如果允许const对象调用非const成员函数，那么就可能会改变const对象原本不应该被改变的成员变量值，这违背了const对象的常量性原则。例如，假设有一个表示圆的类Circle，其中有一个const对象表示一个固定半径的圆，如果允许它调用可能改变半径的非const成员函数，那么这个圆的半径就不再是固定的了，这与const对象的初衷相矛盾。
2. 编译器强制规则
   • C++编译器通过语法检查来保证这一点。当const对象调用非const成员函数时，编译器会报错，提示不允许这种调用。例如：

class Test {
public:
    void nonConstFunc() {}
};
int main() {
    const Test t;
    t.nonConstFunc();// 编译器会报错，因为const对象t不能调用非const成员函数nonConstFunc
    return 0;
}

在实际项目开发中的应用场景

1. const对象的应用场景
   • 数据保护：当某些数据在程序运行过程中不应该被修改时，可以将其定义为const对象。例如，在图形绘制程序中，一些表示固定图形（如固定尺寸的边框）的数据可以定义为const对象，以防止程序中意外修改这些数据导致图形显示错误。
   • 作为函数参数：当函数不需要修改传入对象的状态时，可以将参数声明为const对象。这样可以避免在函数内部不小心修改对象，同时也可以接受const对象作为参数，增加函数的通用性。例如：

void printInfo(const ClassName& obj) {
    // 这里只能调用obj的const成员函数
    std::cout << obj.getInfo() << std::endl;
}

2. const成员函数的应用场景
   • 访问器方法：通常用于获取对象的状态信息，而不改变对象本身。例如，在一个表示学生信息的类中，getName、getAge等函数可以定义为const成员函数，因为它们只是返回学生的姓名、年龄等信息，而不修改学生的信息。

class Student {
private:
    std::string name;
    int age;
public:
    std::string getName() const {
        return name;
    }
    int getAge() const {
        return age;
    }
};

• 在容器类中：例如在自定义的链表类中，遍历链表的函数可以定义为const成员函数，因为遍历操作通常不会修改链表节点的数据，这样可以允许const链表对象调用该遍历函数。