#C++ 常量引用绑定到指向常量的指针常量上

李专家教授

这标题，是不是听着就头大？常量（const）、引用、指针本来就 C++ 里面三个很头疼的概念，现在把他们合到一起，更想不明白了。没关系，看完本文后，你一定会对这三个概念有更清晰的认识。
首先我们分析分析，这三个合到一起，共能产生多少种不同的组合？一个对象可以是非指针类型（姑且称为一个“值”），也可以是指针类型。其中值可以是普通值，也可以是常量值；指针可以是普通指针、常量指针（指向常量，指针本身可变），指针常量（指针不可变，指向的值可变）、指向常量的指针常量（指针和指向的值都不可变）。所以一个对象可以细分为6种。而引用也有两种，一种是普通引用，一种是常量引用。这样算下来，应该是 6\times2=12 种组合了。其中标题“常量引用绑定到指向常量的常量指针”是最复杂的组合。下面我们就逐个讲清楚这些组合，如何定义，有哪些特点。
为不失严谨性，作出以下两点说明：

• 有人说多于12种组合，因为指针可以指向另一个指针，引用也分左值引用和右值引用。没错，但我们这里不考虑多级指针，并只考虑左值引用。
  
• 有人说少于12种组合，因为一些组合并不合法，无法定义。也没错，但我们不妨称之为“非法组合”。
  

1 普通引用

1.1 对普通值的普通引用

int i = 1;
int &ri = i;
这是最简单的。ri 就是对普通值 i 的一个普通引用。ri 可以看作 i 的一个别名：我们给函数传 ri 就是在传 i ，修改 ri 的值就是在修改 i 的值。
1.2 对常量值的普通引用

const int ci = 1;
int &rci = ci; // 非法
这是非法的。我们不能把一个常值绑到一个非常量引用上。理由是，如果可以绑定，则可以通过 rci 修改 ci ，而 ci 是常值，这不就矛盾了吗。因此 C++ 规定其为非法。
1.3 对普通指针的普通引用

int i = 1;
int *p = &i;
int *&rp = p;
这是第一个复合类型。怎么理解 rp 的类型名很关键。我们按照由内向外做如下解读：


rp 也是 p 的别名，用 rp 时就是在用 p 。例如通过 rp 可修改 i 的值。
*rp = 10;
std::cout << i << '\n'; // 输出10
1.4 对常量指针的普通引用

int i = 1;
const int *cp = &i;
const int *&rcp = cp;
这次类型名解读和1.3节中的类似，唯一区别是这次指针指向一个 const int 对象。正是这一区别，是我们无法通过 rcp 改变 i 的值了，正如无法通过 cp 改变 i 的值一样。
值得一提的是，因为此例中 i 不是 const int ，所以我们仍然可以改变 i 的值，此时 *cp 和 *rcp 的值也随之变化。
i = 2;
cout << *cp << ' ' << *rcp << '\n'; // 输出2 2
所谓常量指针指向一个常量，仅是指针认为它指向常量，至于实际到底指向什么，常量还是非常量都是可以的。我们称之为指针被欺骗（见2.1节）。如果我们把一开始就把 i 定义成 const int 类型的，就使 cp 变成指向一个真正的常量的指针了。
1.5 对指针常量的普通引用

int i = 1;
int *const pc = &i;
int *&rpc = pc; // 非法
这是第二个非法组合。原因类似，因为指针常量 pc 是顶层 const，我们无法把一个普通的引用绑定到顶层 const上，否则就能通过 rpc 修改一个常量 pc 了，矛盾了。
1.6 对指向常量的指针常量的普通引用

int i = 1;
const int *const cpc = &i;
const int *&rcpc = cpc; // 非法
这是第三个非法组合，原因同上。
普通引用的六种组合到这里就讲完了，总结一下，非法的三种组合都是自己本身就是常量的，而普通引用禁止绑定到常量上，常量只能被常量引用绑定。这就来到下一节了：常量引用。
2 常量引用

2.1 对普通值的常量引用

int i = 1;
const int &cri = i;
把常量引用绑定到普通值上，就好比让常量指针指向一个非常量，都是虚假的绑定/指向，我们可以戏称之为：引用/指针被欺骗了。这里常量引用以为自己绑到了常量上，所以拒绝通过 cri 来修改 i；但是实际上 i 不是常量，所以可以通过 i 自己修改 i 的，此时 cri 的值也跟着变。
i = 3;
std::cout << cri << '\n'; // 输出3
2.2 对常量值的常量引用

const int ci = 1;
const int &crci = ci;
这才是真正的绑到一个常量上了。这儿我问大家一个问题：对“常量”值进行“常量”引用的时候，明明有两处“常量”，可为什么语句里面只看到一个 const 关键字？可能懂的人觉得这问题很stupid，但是在写一些复杂的声明的时候，真有可能犯迷糊。提示：看看1.2节，对普通值进行常量引用时，语句里有几个 const 关键字？再看看2.1节，对普通值常量引用的语句和本节的声明引用的语句有何不同？
2.3 对普通指针的常量引用

int i = 1;
int *p = &i;
int *const &crp = p;
这个声明引用的语句也有点意思，我们解读一下。


可以看到，这也是个被欺骗的引用。我们不能改 crp 的值，因为它以为自己绑的是常量，不过，它以为它以为的就是它以为的？我们还是可以改 p，此时 crp 跟着变。另一方面，虽然我们不能改 crp ，但我们可以改 *crp，因为 crp 指向一个普通的 int 变量。
*crp = 9;
cout << i << '\n'; // 输出9
crp = nullptr; // 非法
p = nullptr; // 合法，p和crp都变成空指针
2.4 对常量指针的常量引用

int i = 1;
const int *cp = &i;
const int *const &crcp = cp;
这个声明和2.3的基本相似，唯一区别在于指针指向的是一个 const int 对象。造成的影响就是不能再改 *crcp 了，但 crcp 仍是被欺骗的引用，因为它绑的是底层 const，而非顶层 const。
*crcp = 9; // 非法
crcp = nullptr; // 非法
cp = nullptr; // 合法，cp和crcp都变成空指针
2.5 对指针常量的常量引用

int i = 1;
int *const pc = &i;
int *const &crpc = pc;
这个引用的声明和2.3节非常像，大家要注意区分，还是思考那个问题，为什么对指针“常量”进行“常量”引用，只出现一个 const？
我们不能修改 crpc，也不能修改 pc 。我们可以修改的是 *crpc，用它来修改 i 是可以的。
*crpc = 3;
cout << i << '\n'; // 输出3
2.6 对指向常量的指针常量的常量引用

他来了他来了，最复杂的它终于来了！
int i = 1;
const int* const cpc = &i;
const int* const &crcpc = cpc;


以上是对声明引用的解读，有了这个解读，是不是就清晰多了。从这么多常量就可以看出来了，它自己不能、也不能通过它进行任何形式的修改。
3 总结

普通引用	常量引用
普通值	int &ri = i;	const int &cri = i;
常量值	int &rci = ci; 非法	const int &crci = ci;
普通指针	int *&rp = p; 可以通过 rp 修改原值，可以修改 rp	int *const &crp = p; 可以通过 crp 修改原值，不能修改 crp。
常量指针	const int *&rcp = cp; 无法通过 rcp 修改原值，可以修改 rcp	const int *const &crcp = cp; 不能通过 crcp 修改原值，不能修改 crcp。
指针常量	int *&rpc = pc; 非法	int *const &crpc = pc; 可以通过 crpc 修改原值，不能修改 crpc
指向常量的指针常量	const int *&rcpc = cpc; 非法	const int* const &crcpc = cpc; 不可以通过 crcpc 修改原值，不能修改 crcpc

完结撒花~