78

我知道它提高了可读性并使程序更不容易出错，但是它对性能的提高有多大呢？

const顺便说一句，引用和指针之间的主要区别是什么？我会假设它们以不同的方式存储在内存中，但怎么会呢？

4

7 回答 7

70

[编辑：好的，所以这个问题比我一开始想的要微妙。]

声明指向 const 或引用 const 的指针永远不会帮助任何编译器优化任何东西。（尽管请参阅此答案底部的更新。）

const声明仅表明标识符将如何在其声明范围内使用；它并不是说底层对象不能改变。

例子：

int foo(const int *p) {
    int x = *p;
    bar(x);
    x = *p;
    return x;
}

编译器不能假定它*p没有被调用修改bar()，因为p它可能是（例如）指向全局 int 的指针并且bar()可能修改它。

如果编译器对调用者有足够的了解，并且它可以证明它foo()的内容不会修改，那么它也可以在没有 const 声明的情况下执行该证明。bar()bar()*p

但总的来说，这是正确的。因为const只在声明范围内有效，所以编译器已经可以看到您在该范围内如何处理指针或引用；它已经知道您没有修改底层对象。

所以简而言之，const在这种情况下所做的一切都是为了防止你犯错误。它不会告诉编译器任何它不知道的东西，因此它与优化无关。

调用的函数foo()呢？像：

int x = 37;
foo(&x);
printf("%d\n", x);

编译器能否证明这打印了 37，因为foo()需要一个const int *?

不。即使foo()需要一个指向 const 的指针，它也可能会丢弃 const 并修改 int。（这不是未定义的行为。）在这里，编译器通常不能做出任何假设。如果它对foo()进行这样的优化有足够的了解，即使没有const.

唯一const可能允许优化的情况是这样的：

const int x = 37;
foo(&x);
printf("%d\n", x);

x在这里，通过任何机制进行修改（例如，通过获取指向它的指针并丢弃const）是调用未定义行为。所以编译器可以自由地假设你不这样做，它可以将常量 37 传播到 printf() 中。这种优化对于您声明的任何对象都是合法的const。（实际上，您从不引用的局部变量不会受益，因为编译器已经可以看到您是否在其范围内对其进行了修改。）

要回答您的“旁注”问题，（a） const 指针是指针；(b) 一个 const 指针可以等于 NULL。您是正确的，内部表示（即地址）很可能是相同的。

[更新]

正如克里斯托夫在评论中指出的那样，我的回答是不完整的，因为它没有提到restrict.

C99 标准的第 6.7.3.1 (4) 节说：

在每次执行 B 期间，令 L 为基于 P 具有 &L 的任何左值。如果 L 用于访问它指定的对象 X 的值，并且 X 也被修改（通过任何方式），则适用以下要求: T 不应是 const 限定的。...

（这里 B 是一个基本块，P，一个指向 T 的限制指针，在其范围内。）

因此，如果像这样声明 C 函数foo()：

foo(const int * restrict p)

...那么编译器可能会假设*p在生命周期内不会发生修改p——即，在执行期间foo()——因为否则行为将是未定义的。

因此，原则上，结合restrict指向 const 的指针可以启用上面忽略的两种优化。我想知道是否有任何编译器实际上实现了这样的优化？（至少 GCC 4.5.2 没有。）

请注意restrict，除了作为特定于编译器的扩展外，它仅存在于 C 中，而不存在于 C++（甚至 C++0x 中）。

于 2011-06-11T03:11:30.650 回答
7

在我的脑海中，我可以想到两种情况，其中适当的const-qualification 允许额外的优化（在整个程序分析不可用的情况下）：

const int foo = 42;
bar(&foo);
printf("%i", foo);

42在这里，编译器无需检查主体就知道打印bar()（在当前的翻译单元中可能不可见），因为所有修改foo都是非法的（这与Nemo 的示例相同）。

但是，这也是可能的，无需标记fooasconst通过声明bar()为

extern void bar(const int *restrict p);

在许多情况下，程序员实际上想要restrict-qualified pointers-to-const而不是普通的 pointers-to-const作为函数参数，因为只有前者才能保证指向对象的可变性。

至于问题的第二部分：出于所有实际目的，可以将 C++ 引用视为具有自动间接寻址的常量指针（不是指向常量值的指针！）——它不是任何“更安全”或“更快”比指针，只是更方便。

于 2011-06-11T09:08:13.117 回答
6

C++ 中有两个问题const（就优化而言）：

  • const_cast
  • mutable

const_cast意味着即使您通过 const 引用或 const 指针传递对象，该函数也可能会丢弃 const 并修改对象（如果对象不是 const 开头则允许）。

mutable意味着即使一个对象是const，它的某些部分可能会被修改（缓存行为）。此外，指向（而不是拥有）的对象可以在const方法中进行修改，即使它们在逻辑上是对象状态的一部分。最后全局变量也可以修改...

const在这里帮助开发人员及早发现逻辑错误。

于 2011-06-11T09:00:56.690 回答
4

const 正确性通常无助于提高性能；大多数编译器甚至不费心去跟踪前端以外的常量。根据具体情况，将变量标记为 const 会有所帮助。

引用和指针在内存中的存储方式完全相同。

于 2011-06-11T02:55:38.040 回答
2

这实际上取决于编译器/平台（它可能有助于优化某些尚未编写的编译器，或者您从未使用过的某些平台）。C 和 C++ 标准除了对某些函数给出复杂性要求外，只字未提性能。

指向 const 的指针和引用通常无助于优化，因为在某些情况下可以合法地抛弃 const 限定条件，并且可以通过不同的非 const 引用修改对象。另一方面，将对象声明为 const 可能会有所帮助，因为它保证了该对象不能被修改（即使传递给编译器不知道其定义的函数时）。这允许编译器将 const 对象存储在只读内存中，或者将其值缓存在一个集中的位置，从而减少了复制和检查修改的需要。

指针和引用通常以完全相同的方式实现，但这完全取决于平台。如果您真的感兴趣，那么您应该查看为您的平台和程序中的编译器生成的机器代码（如果您确实使用的是生成机器代码的编译器）。

于 2011-06-11T03:33:33.390 回答
1

一件事是，如果您声明一个全局变量 const，则可以将其放在库或可执行文件的只读部分中，从而使用只读 mmap 在多个进程之间共享它。至少如果您在全局变量中声明了大量数据，这在 Linux 上可能是一个巨大的内存胜利。

另一种情况，如果您声明一个常量全局整数、浮点数或枚举，编译器可能只将常量内联而不是使用变量引用。尽管我不是编译器专家，但我相信这会更快一些。

引用只是下面的指针，实现方式。

于 2011-06-11T03:27:50.817 回答
0

它可以对性能有所帮助，但前提是您直接通过其声明访问该对象。引用参数等无法优化，因为可能存在指向最初未声明为 const 的对象的其他路径，并且编译器通常无法判断您引用的对象是否实际声明为 const，除非这是您正在使用的声明。

如果您使用 const 声明，编译器将知道外部编译的函数体等无法修改它，因此您会从中受益。当然，像 const int 这样的东西是在编译时传播的，所以这是一个巨大的胜利（与一个 int 相比）。

引用和指针的存储方式完全相同，只是在语法上表现不同。引用基本上是重命名，因此相对安全，而指针可以指向许多不同的东西，因此更强大且更容易出错。

我猜 const 指针在架构上与引用相同，因此机器代码和效率是相同的。真正的区别在于语法——引用是一种更简洁、更易于阅读的语法，并且由于您不需要指针提供的额外机制，因此在风格上更倾向于引用。

于 2011-06-11T02:55:36.517 回答