《吃透 C++ 类和对象（中）：const 成员函数与取地址运算符重载解析》

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前言：在前面我们学习了4中默认成员函数，这剩下的两种一般都不需要自己去实现，所有在这里仅作了解就可以了，感兴趣的可以更全面的学习一下（本篇博客中博主也通过查询一些资料进行了一些知识的补充，也可以看看）。在 C++ 面向对象编程的知识体系里，const成员函数和取地址运算符重载虽看似基础，实则蕴含诸多关键细节，对代码的安全性、规范性与灵活性影响深远。深入吃透它们，能让我们写出更健壮、更贴合复杂场景需求的类，接下来展开全方位剖析 

目录

一、const 成员函数 

（一）本质与语法逻辑

（二）使用场景与意义

（三）深入代码示例分析

二、取地址运算符重载 

（一）编译器默认行为与原理

（二）手动重载的特殊场景与实现

（三）深入代码示例分析

一、const 成员函数 

（一）本质与语法逻辑

const成员函数，核心是对隐含的this指针进行权限收缩。在 C++ 中，非const成员函数里，this指针类型是类类型* const（指针本身不能改变指向，但可通过指针修改对象内容 ）；而一旦函数被const修饰（写在参数列表后 ），this指针类型就变为const 类类型* const，这意味着在函数内部，不能通过this指针去修改对象的成员变量（除非成员被声明为mutable，mutable修饰的成员可在const成员函数中被修改，常用来处理如线程锁、缓存标记等特殊的 “逻辑只读但实际需修改” 场景 ）。

从语法书写看，const要紧跟在成员函数的参数列表之后，它是函数签名的一部分，区分开const成员函数和非const成员函数。比如Date类里的Print函数：

void Print() const;

这清晰表明该函数不会修改Date对象的状态，是一种 “只读” 操作承诺。

（二）使用场景与意义

1. 保障const对象的操作合法性
   当我们创建const修饰的对象，如const Date d2(2024, 8, 5);，这类对象的成员变量理论上都应是 “只读” 的。C++ 语法规定，const对象只能调用const成员函数，因为非const成员函数可能隐含修改对象的风险（其this指针权限更高 ）。所以为const对象提供对应的const成员函数，才能让对象的功能调用完整且安全。像d2.Print();，若Print不是const成员函数，这行代码就会编译报错，const成员函数让const对象能正常执行打印这类 “读操作”。
2. 明确代码语义，提升可读性与可维护性
   当我们在类的设计中，把不修改对象状态的函数都声明为const成员函数，阅读代码的人（包括自己和团队成员 ）能快速识别出函数的行为特征 —— 不会改变对象数据。后续维护代码时，也能更清晰地判断函数调用是否会影响对象状态，降低因误操作修改数据引发 bug 的概率。比如一个复杂的业务类，有大量获取数据、格式化输出的函数，标记为const后，逻辑边界一目了然。

（三）深入代码示例分析

回到Date类的例子：

#include<iostream>
using namespace std;

class Date
{
public:
    Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
        : _year(year), _month(month), _day(day)
    {}

    void Print() const
    {
        // 这里只能访问成员变量，不能修改，若尝试赋值 _year = 2025; 会编译报错
        cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
    }

private:
    int _year;
    int _month;
    int _day;
};

在main函数中：

int main()
{
    Date d1(2024, 7, 5);
    d1.Print();  // 非const对象调用const成员函数，权限缩小，合法
    const Date d2(2024, 8, 5);
    d2.Print();  // const对象调用const成员函数，保障只读，合法
    return 0;
}

若我们在Print函数里不小心写了修改_year的代码，编译器会直接报错，这就是const成员函数在编译阶段帮我们拦截 “非法修改” 风险，从源头保障代码正确性。而且，非const对象调用const成员函数是允许的，因为非const对象权限更大，调用const成员函数属于 “缩小权限”，符合 C++ 的权限控制逻辑，这也体现出const成员函数设计上的灵活性 —— 能同时服务于const和非const对象，只要是 “只读” 操作需求，都可统一用const成员函数实现。

二、取地址运算符重载 

（一）编译器默认行为与原理

对于一个类，比如Date类，编译器会自动生成两个取地址运算符重载函数，分别应对普通对象和const对象的地址获取：

• 普通取地址重载：Date* operator&();，作用是返回普通Date对象的地址，默认实现就是简单返回this指针，this指针指向当前对象的起始地址。
• const取地址重载：const Date* operator&() const;，针对const修饰的Date对象，返回const指针，保障const对象地址获取的 “只读” 特性（获取的地址不能用于修改对象 ），默认实现同样是返回this指针。

大多数时候，编译器生成的这两个函数就能满足我们日常需求，比如调试时打印对象地址、用指针操作对象（配合const规则 ）等，所以我们无需手动编写。

（二）手动重载的特殊场景与实现

1. 场景一：隐藏真实地址，保护对象隐私
   在一些对安全性要求极高的场景，比如类封装的是敏感数据（像加密密钥管理类、用户隐私信息类 ），我们不希望外部直接获取到对象的真实内存地址（防止通过地址做内存窥探、恶意篡改等非常规操作 ），就可以手动重载取地址运算符，返回一个经过处理的 “虚假” 地址。例如：

   class SecretData
   {
   public:
       SecretData* operator&()
       {
           // 故意返回一个不在对象真实地址的指针，这里简单示例返回nullptr，实际可更复杂
           return nullptr; 
           // 或者返回一个全局的“ dummy ”对象地址，混淆视听
       }
   
       const SecretData* operator&() const
       {
           return nullptr;
       }
   
   private:
       // 假设存储敏感密钥等数据
       string _key; 
   };

   这样，当外部代码尝试获取SecretData对象地址时，拿到的不是真实地址，一定程度上增加了数据安全性（当然，这种方式更多是 “障眼法”，配合其他安全机制才能更好保护数据，但体现了取地址重载的定制能力 ）。

2. 场景二：地址相关的特殊逻辑处理
   比如在一些内存池管理、对象池设计的场景中，对象的地址可能不是简单的 “自身地址”，而是关联到内存池的某个索引、映射地址。这时，手动重载取地址运算符，就能将对象地址获取逻辑与内存池管理逻辑结合。举个简化例子：

   class PoolObject
   {
   public:
       PoolObject* operator&()
       {
           // 假设内存池有一个全局映射，将对象地址转换为池内管理地址
           return MemoryPool::MapToPoolAddress(this); 
       }
   
   private:
       // 对象数据...
       int _data; 
   };

   通过这种方式，把对象地址获取和内存池的地址映射、管理流程整合，让类的地址操作更贴合整体框架需求，提升代码架构的内聚性。

3. 场景三：调试与日志中的地址定制
   在大型项目调试时，我们可能希望对象地址打印更具辨识度，比如带上对象的标识信息（像对象编号、类型标记 ），手动重载取地址运算符，返回一个包含这些信息的 “伪装” 地址（实际是自定义结构体或特殊指针，配合日志打印解析 ），方便在日志中快速定位、区分不同对象。不过这种场景实现较复杂，需要结合自定义的地址解析、日志系统等一起工作。

（三）深入代码示例分析

以Date类手动重载为例，看看特殊实现的写法（简单演示返回乱序地址思路 ）：

class Date
{
public:
    Date* operator&()
    {
        // 这里随意返回一个地址，实际可根据复杂逻辑生成
        return reinterpret_cast<Date*>(0x12345678); 
    }

    const Date* operator&() const
    {
        return reinterpret_cast<const Date*>(0x87654321); 
    }

private:
    int _year;
    int _month;
    int _day;
};

但要特别注意，手动重载取地址运算符后，外部代码用指针操作对象时，必须严格遵循新的地址逻辑，否则极易引发内存访问错误（比如拿到虚假地址后解引用，会导致程序崩溃 ）。所以，除非有明确的特殊需求，且能把控后续地址使用逻辑，否则不建议轻易手动重载，优先用编译器默认生成的版本更稳妥。

总结：const成员函数是守护对象数据安全的 “门神”，把控着成员函数对对象的修改权限；取地址运算符重载是地址获取的 “调节阀”，常规场景依赖编译器默认，特殊场景可定制地址逻辑。吃透这两个知识点，能让我们在 C++ 类设计与面向对象编程中，精准把控代码的安全性与灵活性，写出更专业、更可靠的代码，为应对复杂项目开发筑牢基础 。

往期回顾：

《吃透 C++ 类和对象（上）：封装、实例化与 this 指针详解》

《吃透 C++ 类和对象（中）：构造函数与析构函数的核心逻辑》

《吃透 C++ 类和对象（中）：拷贝构造函数与赋值运算符重载深度解析》

结语：吃透这两个知识点，让我们在 C++ 世界里，既能守好代码安全的底线，又能解锁定制化编程的新可能，以更成熟的姿态，奔赴复杂项目开发的挑战，让每一个类的设计，都成为高效、安全代码的基石 。如果文章对你有帮助的话，欢迎评论，点赞，收藏加关注，感谢大家的支持。