C++ 第 22 课：const —— 不允许随便修改的数据

上一课标准答案m.speed 100.0Joint是我们自己通过struct定义出来的新类型Joint joints[6];表示创建一个长度为 6 的Joint数组也就是可以保存 6 个关节结构体。4.joints[2].angle 45.0;表示把数组中第 3 个关节的angle成员设置为45.0。注意还是那个规则joints[0] → 第1个关节 joints[1] → 第2个关节 joints[2] → 第3个关节第 22 课const—— 不允许随便修改的数据这一课非常重要。以后你看真实 C 工程代码会大量看到const尤其是const double const int const std::string const Joint先不急着背。我们从最简单的问题开始有些变量我创建以后根本不希望别人修改怎么办1. 普通变量可以修改例如double pi 3.14159; pi 5.0;这是合法的。因为pi是普通变量。最开始pi 3.14159后来pi 5.0C 不会阻止你。但问题是圆周率本来就不应该随便改。这时候可以使用const2. 第一个const写const double PI 3.14159;可以理解成创建一个double数据PI但以后不允许修改它。所以PI 5.0;会报错。因为你已经告诉 CPI是只读的。3.const怎么理解英文constant有常量、不变的意思。所以现阶段可以把const理解成这个东西不允许被修改。例如const int joint_count 6;表示joint_count是 6并且程序后面不应该再改变它。4. 为什么这很有用假设你的机械臂永远是 6 自由度。可以写const int JOINT_COUNT 6;以后for (int i 0; i JOINT_COUNT; i) { }比直接到处写6更容易理解。因为你一看JOINT_COUNT就知道这是关节数量。5. 为什么很多常量名字写成大写例如const int JOINT_COUNT 6;或者const double MAX_ANGLE 90.0;全大写并不是 C 强制要求。这是很多工程中的命名习惯一看到大写就知道这个东西可能是常量。比如const double PI 3.14159; const double MAX_SPEED 100.0; const int JOINT_COUNT 6;不过以后你也会看到不同团队采用不同命名风格。6. 机械臂限位例子例如const double MAX_ANGLE 90.0; const double MIN_ANGLE -90.0; double angle 45.0; if (angle MIN_ANGLE angle MAX_ANGLE) { std::cout Valid std::endl; }这样比if (angle -90.0 angle 90.0)更容易看懂。因为MIN_ANGLE MAX_ANGLE直接说明了这些数字的意义。7. 常量也有类型例如const int a 5;这是不允许修改的int而const double angle 30.5;是不允许修改的double所以const并不是一种新的数据类型。更准确地说它是在告诉 C对这个变量增加“不可修改”的限制。8.const和函数参数有什么关系现在进入一个非常重要的地方。假设我们有struct Joint { double angle; double speed; };然后写函数void printJoint(Joint joint) { std::cout joint.angle std::endl; }这里Joint joint是值传递。也就是说复制一份 Joint 进去。如果Joint很大这样每次调用都复制可能有点浪费。所以我们之前学过引用void printJoint(Joint joint)这就不会复制。9. 但是引用有一个风险看void printJoint(Joint joint) { joint.angle 999.0; }因为Joint joint是原对象的引用。所以函数可以直接修改外面的关节。例如Joint j; j.angle 30.0; printJoint(j);函数执行后j.angle 999但这个函数明明叫printJoint我们本意只是打印数据。根本不希望它修改。怎么办10.const Joint这时候就可以写void printJoint(const Joint joint) { std::cout joint.angle std::endl; }这句非常重要。我们一点点拆。11. 先看Joint joint你已经学过Joint joint表示joint是外部 Joint 对象的引用。没有复制。12. 再加上constconst Joint joint表示引用外面的 Joint但不允许通过这个joint去修改它。你可以理解成只读引用。这四个字非常重要。13. 所以这句怎么读void printJoint(const Joint joint)可以翻译成printJoint接收一个Joint的只读引用。它有两个优点不复制对象 不允许函数乱改对象这就是为什么真实 C 工程里非常喜欢这种写法。14. 对比三种方式第一种值传递void printJoint(Joint joint)意思复制一份。优点不会改到外面。缺点需要复制。第二种普通引用void printJoint(Joint joint)意思不复制直接引用原对象。优点高效而且可以修改。缺点函数可能改坏外部数据。第三种const 引用void printJoint(const Joint joint)意思不复制但只允许读取。这通常特别适合函数只需要看数据不需要修改数据。15. 用文件类比假设你有一份机器人参数文件。值传递像复印一份文件给别人。他改复印件不影响原件。引用像把原件直接交给别人。他可以直接涂改原件。const引用像把原件放进透明保护套只允许看不允许修改。这个类比非常好记。16. 完整例子#include iostream struct Joint { double angle; double speed; }; void printJoint(const Joint joint) { std::cout joint.angle std::endl; std::cout joint.speed std::endl; } int main() { Joint j; j.angle 30.0; j.speed 5.0; printJoint(j); return 0; }这里调用printJoint(j);不会复制完整j。函数只是通过引用查看它。但是函数里面不能写joint.angle 100;因为joint是const。17. 如果硬要修改会怎样例如void printJoint(const Joint joint) { joint.angle 100.0; }编译器会报错。因为你前面已经承诺const Joint joint是只读的。这其实是在帮你防止 Bug。18. 普通基础类型还需要const吗例如void printNumber(const int number)理论上可以。但对于int double bool char这类很小的数据复制成本很低。很多时候直接void printNumber(int number)就够了。所以你以后经常会看到void setAngle(double angle)而不是void setAngle(const double angle)19. 但string、vector、struct、class 很常见例如void printName(const std::string name)或者void processData(const std::vectordouble data)或者void printJoint(const Joint joint)因为这些对象可能比一个普通double大得多。所以不复制 不修改是非常常见的工程需求。20. 你以后会大量见到这种函数例如void printAngles(const std::vectordouble angles)拆开std::vectordouble ↓ 一个 double vector ↓ 引用不复制 const ↓ 只读不能修改整句函数接收一个只读的double vector引用。21. 一个机器人轨迹例子假设std::vectordouble trajectory { 10.0, 20.0, 30.0 };函数void printTrajectory(const std::vectordouble trajectory) { for (int i 0; i trajectory.size(); i) { std::cout trajectory[i] std::endl; } }它只负责看数据、打印数据。所以很适合const std::vectordouble因为我们根本不需要改它。22. 那如果函数就是需要修改呢那就不要加const。例如void setZero(Joint joint) { joint.angle 0.0; }因为我们的目的就是修改原来的joint所以这里必须允许修改。不能写void setZero(const Joint joint)否则joint.angle 0.0;会被禁止。23. 所以怎么选现在可以先这样判断。如果函数需要修改外部对象用Joint例如void resetJoint(Joint joint)如果函数只需要读取外部对象不需要修改优先考虑const Joint例如void printJoint(const Joint joint)如果参数只是一个简单数字int double bool通常直接值传递即可void setSpeed(double speed)24. 再看一个非常典型的机器人函数bool isJointSafe(const Joint joint) { return joint.angle -90.0 joint.angle 90.0; }这句现在你已经可以完整拆出来bool ↓ 函数最后返回 true/false isJointSafe ↓ 函数名 const Joint joint ↓ 接收一个 Joint只读引用不复制 return ... ↓ 判断关节角度是否合法这已经很像真实工程 C 代码了。25.const还能和指针结合以后你会见到const int* p以及int* const p甚至const int* const p但现在先不学。因为const 指针的位置不同含义会变化很容易一下绕晕。我们后面会专门开一课讲。26. 本课最核心的三个写法普通变量double angle 30.0;可以修改。常量const double MAX_ANGLE 90.0;不允许修改。只读引用const Joint joint不复制外部 Joint而且不允许通过这个引用修改它。本课小练习第 1 题const int JOINT_COUNT 6;后面能不能写JOINT_COUNT 7;为什么第 2 题下面函数void printJoint(const Joint joint)里面能不能写joint.angle 100.0;第 3 题一句话解释const Joint joint是什么意思。第 4 题下面两个函数分别更适合哪种场景void printJoint(const Joint joint)void resetJoint(Joint joint)下一课我们进入第 23 课class—— 从 struct 走向真正的面向对象你会开始理解为什么真实机器人程序里会出现class Robot { public: void connect(); void moveJoint(); void stop(); private: double joint_angle; };也会第一次真正理解robot.connect(); robot.stop();到底是什么。