Item 3：尽可能使用 const

从“const 把错误提前到编译期”开始

让编译器替你拒绝意外写入。它可以修饰全局/局部对象、参数、返回引用、指针本身、所指对象和成员函数。

越靠近接口声明，越能减少实现与调用方需要共同记忆的隐含条件。

指针 const：读星号两侧

与

是不同约束。

char greeting[] = "Hello";
char* p1 = greeting;              // pointer 与 pointee 都可变
const char* p2 = greeting;        // pointee const
char* const p3 = greeting;        // pointer const
const char* const p4 = greeting;  // 两者 const

可用“const 在星号左边约束 pointee，星号右边约束 pointer”快速阅读；T const* 与 const T* 等价。

iterator 也有两层 const

const_iterator 类似 const T*：可递增迭代器，但不能经它修改元素。const std::vector<T>::iterator 则类似 T* const：迭代器对象本身不能递增，元素仍可能可写。

std::vector<int> values{1, 2, 3};
std::vector<int>::const_iterator read = values.begin();
++read;          // 正确
// *read = 4;    // 编译失败
 
const std::vector<int>::iterator fixed = values.begin();
*fixed = 4;      // 正确
// ++fixed;      // 编译失败

接口若只读取范围，优先接收 const range 或 const_iterator，避免算法意外修改元素。

const 参数与返回引用限制能力

允许绑定 const 对象和临时量，也避免昂贵复制。

double distance(const Point& left, const Point& right);
const Widget& selected_widget(const Registry& registry, Id id);

可保护内部对象，但仍要保证生命周期。不要返回局部对象引用，也不要用 const 掩盖悬空设计。

原书还讨论给值返回加 const 以阻止 (a * b) = c 等怪异操作。现代 C++ 中 const T 值返回常阻碍移动或影响重载，通常让类接口和 ref-qualified 操作符处理误用，而不是给临时值普遍加 const。

条款精神是尽量表达不可修改，不是无差别堆叠 const。 Use const whenever possible（尽可能使用 const）中的 possible 由真实语义决定：只读能力应明确，值返回和移动路径则不应被多余顶层 const 阻塞。

const 成员函数参与重载

末尾 const 属于函数类型，因此可以与非 const 版本重载。

class TextBlock {
public:
    const char& operator[](std::size_t position) const
    {
        return text_.at(position);
    }
 
    char& operator[](std::size_t position)
    {
        return text_.at(position);
    }
 
private:
    std::string text_;
};

const TextBlock 得到 const char&，普通对象得到 char&。同一查询接口准确传播写权限。

bitwise constness 的局限

也称 physical constness。编译器主要执行这一规则，但它不保证抽象值真的不变。

class CTextBlock {
public:
    char& operator[](std::size_t position) const
    {
        return pText_[position];
    }
private:
    char* pText_;
};

函数没有修改指针 pText_ 的 bits，却返回可写引用，调用方能通过 const 对象改字符。类型检查通过，逻辑契约被破坏。

更接近接口设计意图。const 不是“成员一位不动”，而是“从该只读视图不能观察到抽象值变化”。

mutable 用于不改变抽象值的缓存

例如缓存字符串长度：

class TextBlock {
public:
    std::size_t length() const
    {
        if (!lengthValid_) {
            cachedLength_ = text_.size();
            lengthValid_ = true;
        }
        return cachedLength_;
    }
 
private:
    std::string text_;
    mutable bool lengthValid_{};
    mutable std::size_t cachedLength_{};
};

任何修改 text_ 的操作都必须使缓存失效，否则 const 查询返回错误结果。

const 不等于线程安全

两个线程首次调用上面的 length() 会同时写 mutable 成员。logical constness 允许缓存变化，但 C++ memory model 不允许数据竞争。

class ThreadSafeTextBlock {
public:
    std::size_t length() const
    {
        std::scoped_lock lock{mutex_};
        if (!cachedLength_)
            cachedLength_ = text_.size();
        return *cachedLength_;
    }
private:
    std::string text_;
    mutable std::mutex mutex_;
    mutable std::optional<std::size_t> cachedLength_;
};

可能使用 mutex、atomic 或 std::once_flag，选择取决于失效需求。mutex 本身通常也需 mutable，因加锁不改变业务抽象值。

避免 const 与非 const 实现重复

两个 operator[] 若都包含复杂边界检查、日志和懒加载，复制实现会漂移。原书建议让非 const 版本调用 const 正本，再安全移除结果 const。

class TextBlock {
public:
    const char& operator[](std::size_t position) const
    {
        return checked_character(position);
    }
 
    char& operator[](std::size_t position)
    {
        return const_cast<char&>(
            std::as_const(*this)[position]);
    }
};

这里安全的前提是非 const overload 的 *this 原本确实非 const。反过来让 const 版本调用非 const 版本并 cast away const，可能让真正 const 对象被修改，不可接受。

现代代码也可把公共读取逻辑抽到私有模板或显式 object parameter，减少 cast；关键是保留一个正本，并证明 const 路径绝不获得写权限。

const 接口审计

先从 public API 开始：只读参数是否为 const reference/span；查询是否标记 const；返回 pointer/reference/iterator 是否传播只读；值返回是否不必要地加顶层 const。再检查实现是否通过别名、全局注册表、日志计数或 mutable 改变可观察行为。

先预测：对 const TextBlock block 调用 block[0]、length() 和两个线程并发 length()，分别写出编译权限、抽象值和 memory model 预期。仅“调用能编译”不是验收。

• 静态断言 const 对象查询结果不可赋值。
• 非 const 对象查询结果可写且保持不变量。
• 修改 text 后缓存失效，下一次读取重新计算。
• ThreadSanitizer 下并发首次读取无 data race。
• const 与非 const 重载对非法索引产生一致诊断。

小结

• const 可约束对象、pointee、pointer、iterator、参数、返回别名与成员函数
• pointer-to-const 和 const pointer 是两层独立能力，const_iterator 也有对应差异
• const member overload 让同一接口向 const/非 const 对象传播只读或可写权限
• 编译器主要执行 bitwise constness，接口设计应满足 logical constness
• mutable 适合派生缓存，但必须有失效和线程同步协议
• 非 const 重载可复用 const 正本，但 const_cast 只在原对象非 const 时安全