理解 C++ 中的顶层 const 与底层 const（二十四）

1. 示例解析

下面的代码展示了不同 const 限定符的组合及其含义：

int i = 0;
int *const p1 = &i;       // p1 是一个常量指针：p1 本身不可改变（顶层 const），但 *p1 所指的 int 可修改
const int ci = 42;        // ci 是一个常量整型，属于顶层 const：ci 的值不可改变
const int *p2 = &ci;      // p2 是一个指向常量的指针：可以改变 p2 的值（即指向不同对象），但不能通过 p2 修改其所指对象（底层 const）

再看一个组合示例：

const int *const p3 = p2;

• 靠右的 const 限定的是 p3 本身，即 p3 是一个常量指针（顶层 const），它的值（地址）一旦初始化后不能再改变。
• 靠左的 const 限定的是 p3 所指向的对象，即 p3 指向的对象被视作常量（底层 const）。

另外，对于引用来说，声明时出现的 const 都视作底层 const，例如：

const int &r = ci;  // r 是对 ci 的常量引用

2. 拷贝操作中的顶层 const 与底层 const

在执行拷贝操作时，顶层 const 与底层 const 的区别尤为重要：

2.1 顶层 const 不影响拷贝

顶层 const 限定的是对象本身，在拷贝时仅拷贝其值，不受 const 限定的影响。例如：

int i = 0;
const int ci = 42;  // ci 是顶层 const
i = ci;             // 正确：这里仅是拷贝 ci 的值，ci 本身未改变

同样，对于指针来说：

const int *p2 = &ci;
const int *const p3 = p2;  // p3 同时具备顶层 const（指针不可改）和底层 const（所指对象不可改）
p2 = p3;                   // 正确：p3 的顶层 const 不影响拷贝，只需保证 p2 和 p3 的底层类型匹配

2.2 底层 const 的限制

底层 const 限定的是复合类型内部所指向对象的类型，在拷贝或赋值时，必须确保拷贝双方的底层 const 资格匹配。常见规则是“非常量可以转换成常量，但反之则不行”。例如：

// 错误示例：试图将带有底层 const 的指针赋值给普通指针
const int *p_const = &ci;
int *p_nonconst = p_const;  // 错误：p_const 指向的对象被视为常量，不能赋给允许修改的 int*

而下面这种转换则是允许的：

// 正确：普通指针可以转换成指向常量的指针
int j = 10;
int *p_j = &j;
const int *p_const2 = p_j;   // 合法：p_const2 将视 j 为 const，但 j 仍可通过其他非 const 的引用修改

此外，下面的赋值也是错误的，因为将一个指向常量的引用或指针绑定到非 const 对象上，会破坏底层 const 的约束：

int i = 42;
const int &r1 = i;  // 合法：允许将常量引用绑定到普通对象上
int &r2 = r1;       // 错误：试图通过非常量引用修改 r1 所绑定的对象（r1 中的底层 const 不允许通过此途径修改）

3. 小结与建议

• 顶层 const 用于描述对象本身的不可修改性，不会影响对象值的拷贝或赋值。

  • 例如 const int ci = 42; 中，ci 的值拷贝给其他变量时不会因 const 而受限。

• 底层 const 限定复合类型中被指向（或绑定）的对象的类型。拷贝操作时，必须确保底层类型的一致性。

  • 例如，const int *p2 表示通过 p2 不能修改所指向的整数，而将其赋值给允许修改目标的普通指针是错误的。

• 对于指针来说，既可能具有顶层 const 也可能具有底层 const。要理解其含义，建议从右向左阅读声明：

  • int *const p1：p1 是一个常量指针（顶层 const），但其指向的对象可修改；
  • const int *p2：p2 是一个指向常量的指针（底层 const），但 p2 本身可修改指向；
  • const int *const p3：p3 同时具备顶层和底层 const，既不能改变指针的地址，也不能通过它修改目标数据。

• 拷贝和赋值操作中，顶层 const 部分不影响数据拷贝，而底层 const 则必须保持一致，否则将导致转换错误。

正确区分顶层 const 与底层 const，对于编写安全、清晰的代码至关重要。在实际开发中，建议在书写指针、引用声明时注意 const 的位置，并在必要时添加注释，帮助自己和团队成员更快地理解代码中 const 的语义。

参考资料

• cppreference.com 中关于 const 限定符、链接性与转换的详细说明
• 各大 C++ 编码风格指南（如 Google C++ Style Guide）中对 const 的应用建议

通过深入理解 const 的顶层与底层含义，你可以在代码设计上更明确地表达意图，避免不必要的错误，并使程序更易于维护和扩展。