Las funciones miembro (métodos) se pueden hacer constantes. ¿Qué significa eso? Para entenderlo, primero debe comprender el concepto de objeto constante.
Un objeto constante se define del mismo modo para un tipo definido por el usuario que para un tipo del lenguaje. Por ejemplo:
const int i = 1; const blob b(2);
Aquí, b
es un objeto constante de tipo
blob
, su constructor se llama con un
2
como argumento. Para que el compilador
imponga que el objeto sea constante, debe asegurar que el
objeto no tiene atributos que vayan a cambiar durante el
tiempo de vida del objeto. Puede asegurar fácilmente que los
atributos no públicos no sean modificables, pero. ¿Cómo puede
saber que métodos cambiarán los atributos y cuáles son seguros
para un objeto constante?
Si declara un método como constante, le está diciendo que la función puede ser invocada por un objeto constante. Un método que no se declara constante se trata como uno que puede modificar los atributos del objeto, y el compilador no permitirá que un objeto constante lo utilice.
Pero la cosa no acaba ahí. Sólo porque un método afirme ser
const
no garantiza que actuará del modo correcto, de
modo que el compilador fuerza que en la definición del método
se reitere el especificador const
(la palabra
const
se convierte en parte del nombre de la función,
así que tanto el compilador como el enlazador comprobarán que
no se viole la constancia). De este modo, si durante la
definición de la función se modifica algún miembro o se llama
algún método no constante, el compilador emitirá un mensaje de
error. Por eso, está garantizado que los miembros que declare
const
se comportarán del modo esperado.
Para comprender la sintaxis para declarar métodos constantes,
primero debe recordar que colocar const
delante de la
declaración del método indica que el valor de retorno es
constante, así que no produce el efecto deseado. Lo que hay
que hacer es colocar el especificador const
después de la lista de argumentos. Por
ejemplo:
//: C08:ConstMember.cpp class X { int i; public: X(int ii); int f() const; }; X::X(int ii) : i(ii) {} int X::f() const { return i; } int main() { X x1(10); const X x2(20); x1.f(); x2.f(); } ///:~
Listado 8.14. C08/ConstMember.cpp
La palabra const
debe incluirse tanto en la
declaración como en la definición del método o de otro modo el
compilador asumirá que es un método diferente. Como
f()
es un método constante, si intenta
modificar i
de alguna forma o llamar a otro
método que no sea constante, el compilador informará de un
error.
Puede ver que un miembro constante puede llamarse tanto desde
objetos constantes como desde no constantes de forma
segura. Por ello, debe saber que esa es la forma más general
para un método (a causa de esto, el hecho de que los métodos
no sean const
por defecto resulta desafortunado). Un
método que no modifica ningún atributo se debería escribir
como constante y así se podría usar desde objetos constantes.
Aquí se muestra un ejemplo que compara métodos const y métodos ordinarios:
//: C08:Quoter.cpp // Random quote selection #include <iostream> #include <cstdlib> // Random number generator #include <ctime> // To seed random generator using namespace std; class Quoter { int lastquote; public: Quoter(); int lastQuote() const; const char* quote(); }; Quoter::Quoter(){ lastquote = -1; srand(time(0)); // Seed random number generator } int Quoter::lastQuote() const { return lastquote; } const char* Quoter::quote() { static const char* quotes[] = { "Are we having fun yet?", "Doctors always know best", "Is it ... Atomic?", "Fear is obscene", "There is no scientific evidence " "to support the idea " "that life is serious", "Things that make us happy, make us wise", }; const int qsize = sizeof quotes/sizeof *quotes; int qnum = rand() % qsize; while(lastquote >= 0 && qnum == lastquote) qnum = rand() % qsize; return quotes[lastquote = qnum]; } int main() { Quoter q; const Quoter cq; cq.lastQuote(); // OK //! cq.quote(); // Not OK; non const function for(int i = 0; i < 20; i++) cout << q.quote() << endl; } ///:~
Listado 8.15. C08/Quoter.cpp
Ni los constructores ni los destructores pueden ser métodos
constantes porque prácticamente siempre realizan alguna
modificación en el objeto durante la inicialización o la
terminación. El miembro quote()
tampoco
puede ser constante porque modifica el atributo
lastquote
(ver la sentencia de retorno). Por
otra parte lastQuote()
no hace
modificaciones y por eso puede ser const
y
puede ser llamado de forma segura por el objeto constante
cq
.
¿Qué ocurre si quiere crear un método constante, pero necesita cambiar algún atributo del objeto? Esto se aplica a veces a la diferencia entre constante binaria (bitwise) y constante lógica (llamado también constante memberwise). Constante binaria significa que todos los bits del objeto son permanentes, así que la imagen binaria del objeto nunca cambia. Constante lógica significa que, aunque el objeto completo es conceptualmente constante puede haber cambios a nivel de miembro. Si se informa al compilador que un objeto es constante, cuidará celosamente el objeto para asegurar constancia binaria. Para conseguir constancia lógica, hay dos formas de cambiar los atributos con un método constante.
La primera solución es la tradicional y se llama constancia
casting away. Esto se hace
de un modo bastante raro. Se toma this
(la palabra que inidica la dirección del objeto actual) y se
moldea el puntero a un puntero a objeto de la clase
actual. Parece que this
ya es un puntero
válido. Sin embargo, dentro de un método constante,
this
es en realidad un puntero constante,
así que moldeándolo a un puntero ordinario se elimina la
constancia del objeto para esta operación. Aquí hay un
ejemplo:
//: C08:Castaway.cpp // "Casting away" constness class Y { int i; public: Y(); void f() const; }; Y::Y() { i = 0; } void Y::f() const { //! i++; // Error -- const member function ((Y*)this)->i++; // OK: cast away const-ness // Better: use C++ explicit cast syntax: (const_cast<Y*>(this))->i++; } int main() { const Y yy; yy.f(); // Actually changes it! } ///:~
Listado 8.16. C08/Castaway.cpp
Esta aproximación funciona y puede verse en código
correcto, pero no es la técnica ideal. El problema es que
esta falta de constancia está oculta en la definición de
un método y no hay ningún indicio en la interfaz de la
clase que haga sospechar que ese dato se modifica a menos
que puede accederse al código fuente (buscando el
molde). Para poner todo al descubierto se debe usar la
palabra mutable
en la declaración de la
clase para indicar que un atributo determinado se puede
cambiar aún perteneciendo a un objeto constante.
//: C08:Mutable.cpp // The "mutable" keyword class Z { int i; mutable int j; public: Z(); void f() const; }; Z::Z() : i(0), j(0) {} void Z::f() const { //! i++; // Error -- const member function j++; // OK: mutable } int main() { const Z zz; zz.f(); // Actually changes it! } ///:~
Listado 8.17. C08/Mutable.cpp
De este modo el usuario de la clase puede ver en la declaración qué miembros tienen posibilidad de ser modificados por un método.
Si un objeto se define como constante es un candidato para
ser almacenado en memoria de sólo lectura (ROM), que a
menudo es una consideración importante en programación de
sistemas empotrados. Para conseguirlo no es suficiente con
que el objeto sea constante, los requisitos son mucha más
estrictos. Por supuesto, el objeto debe ser una constante
binaria. Eso es fácil de comprobar si la constancia lógica
se implementa mediante el uso de mutable
, pero
probablemente el compilador no podrá detectarlo si se
utiliza la técnica del moldeado dentro de un método
constante. Además:
La clase o estructura no puede tener constructores o destructor definidos por el usuario.
No pueden ser clases base (capitulo 14) u objetos miembro con constructores o destructor definidos por el usuario.
El efecto de una operación de escritura en una parte del
objeto constante de un tipo ROMable
no está
definido. Aunque un objeto pueda ser colocado en ROM de
forma conveniente, no todos lo requieren.