C++进阶：const成员函数与取地址重载详解

C++ 类和对象（四）：const成员函数、取地址运算符重载全精讲

在C++中，类和对象是面向对象编程的核心概念。const成员函数和取地址运算符重载是两个重要的高级特性，用于增强代码的安全性、灵活性和可读性。本精讲将详细解析这两个主题，包括定义、语法、应用场景和示例代码。我们将分步讲解，确保内容清晰易懂。

一、const成员函数

定义和目的
const成员函数是指在函数声明后添加const关键字的成员函数。它表示该函数不会修改对象的任何成员变量（除非成员变量被声明为mutable）。这允许在const对象上调用该函数，提高代码的安全性。例如，如果一个对象被声明为const MyClass obj;，那么只能调用其const成员函数。

为什么重要

• 安全性：防止意外修改对象状态，尤其在多线程或共享数据环境中。
• 灵活性：const对象只能调用const成员函数，这强制了代码的const正确性。
• 可读性：明确标识哪些函数是只读的，便于维护。

语法
在函数声明和定义中，在参数列表后添加const关键字。格式如下：

返回类型 函数名(参数列表) const;

例如：

class MyClass {
public:
void display() const; // const成员函数声明
};

void MyClass::display() const { // 定义
// 函数体
}

示例代码
以下示例展示了一个简单的类，其中包含const成员函数和非const成员函数，以及如何在const对象上使用它们。

#include <iostream>
using namespace std;

class Counter {
private:
int count;
public:
Counter() : count(0) {} // 构造函数

// 非const成员函数，修改成员变量
void increment() {
count++;
}

// const成员函数，只读访问
int getCount() const {
return count; // 不修改count
}
};

int main() {
Counter c1;
c1.increment(); // 正确调用非const函数
cout << "Count: " << c1.getCount() << endl; // 输出: Count: 1

const Counter c2; // const对象
// c2.increment(); // 错误：不能在const对象上调用非const函数
cout << "Count: " << c2.getCount() << endl; // 正确：调用const函数，输出: Count: 0
return 0;
}

在这个例子中：

• getCount() 是const成员函数，可以在const对象c2上调用。
• increment() 不是const函数，在c2上调用会编译错误。

注意事项

• 如果const成员函数尝试修改成员变量（除非mutable），编译器会报错。
• 在重载函数时，const和非const版本可以共存，编译器根据对象constness选择。

二、取地址运算符重载

定义和目的
取地址运算符重载是指重载运算符&，用于自定义获取对象地址的行为。默认情况下，&运算符返回对象的指针地址，但重载后可以实现特定逻辑，如在智能指针类中返回内部指针的地址。这增强了类的封装性和灵活性。

为什么重要

• 封装性：隐藏真实地址或提供自定义地址逻辑（如代理模式）。
• 安全性：防止直接访问原始指针，减少内存错误。
• 扩展性：在复杂类（如工厂模式或单例）中控制地址获取。

语法
运算符重载的语法是定义一个名为operator&的成员函数。它可以返回任何类型，但通常返回T*或const T*。格式如下：

返回类型 operator&();

或

返回类型 operator&() const; // const版本

例如：

class MyClass {
public:
MyClass* operator&() {
return this; // 默认行为，返回this指针
}
};

示例代码
以下示例展示了一个类重载取地址运算符，用于返回自定义地址或日志记录。

#include <iostream>
using namespace std;

class AddressLogger {
private:
int data;
public:
AddressLogger(int d) : data(d) {}

// 重载取地址运算符，返回指针并打印日志
AddressLogger* operator&() {
cout << "Address operator called. Returning pointer." << endl;
return this; // 返回当前对象的地址
}

// const版本，处理const对象
const AddressLogger* operator&() const {
cout << "Const address operator called." << endl;
return this;
}
};

int main() {
AddressLogger obj(10);
AddressLogger* ptr = &obj; // 调用重载的operator&
cout << "Data via pointer: " << ptr->data << endl; // 输出: Data via pointer: 10

const AddressLogger constObj(20);
const AddressLogger* constPtr = &constObj; // 调用const版本的operator&
cout << "Const data via pointer: " << constPtr->data << endl; // 输出: Const data via pointer: 20
return 0;
}

输出示例：

Address operator called. Returning pointer.
Data via pointer: 10
Const address operator called.
Const data via pointer: 20

在这个例子中：

• 非const对象obj调用重载的operator&，打印日志并返回地址。
• const对象constObj调用const版本的operator&，同样打印日志。

注意事项

• 重载operator&可能影响默认行为，需谨慎使用，避免破坏指针语义。
• 通常与智能指针（如std::shared_ptr）结合，但不推荐在普通类中过度使用。
• 如果需要返回其他类型（如整数地址），确保兼容性。

总结

本精讲详细讲解了C++中的const成员函数和取地址运算符重载：

• const成员函数：用于确保函数不修改对象状态，增强代码安全性和const正确性。语法简单，只需在函数后添加const。
• 取地址运算符重载：允许自定义获取对象地址的逻辑，提升封装性和灵活性。通过重载operator&实现。

掌握这些特性能显著提升C++编程水平，建议在实践中多写示例代码加深理解。结合其他运算符重载和const概念，可以构建更健壮的类设计。