C++ const常數在多檔案程式設計中的3種用法

《C++多檔案程式設計是什麼》一節提到，多檔案程式設計中程式碼的劃分原則是：將變數、函數或者類的宣告部分存放在 .h 檔案，對應的實現部分放在 .cpp 檔案中。值得一提得是，此規律適用於大部分場景，但本節要講的 const 常數是一個例外。

我們知道，用 const 修飾的變數必須在定義的同時進行初始化操作（除非用 extern 修飾，本節後續會講解）。與此同時，C++ 中 const 關鍵字的功能有 2 個，除了表明其修飾的變數為常數外，還將所修飾變數的可見範圍限制為當前檔案。這意味著，除非 const 常數的定義和 main 主函數位於同一個 .cpp 檔案，否則該 const 常數只能在其所在的 .cpp 檔案中使用。

那麼，如何定義 const 常數，才能在其他檔案中使用呢？接下來給讀者介紹 3 種在 C++ 多檔案程式設計中定義 const 常數的方法。

1) 將const常數定義在.h標頭檔案中

首先介紹一種最常用也最簡單的方法，就是將 const 常數定義在 .h 檔案中。

顯然此方式違背了“宣告位於 .h 檔案，定義（實現）位於 .cpp 檔案”的規律。在 C++ 多檔案程式設計中，還有 2 種特殊情況是違背此規律的，分別是類的定義和行內函式的定義，通常情況下它們也都定義在 .h 檔案中。

舉個例子（範例一）：

//demo.h
#ifndef _DEMO_H
#define _DEMO_H
const int num = 10;
#endif

//main.cpp
#include <iostream>
#include"demo.h"
int main() {
    std::cout << num << std::endl;
    return 0;
}

專案執行結果為：

10

注意，將 const 常數定義在 .h 檔案中，為了避免標頭檔案被重複引入，推薦使用 #ifndef/#define/#endif 結構。除此之外，還有 2 中方式可以避免標頭檔案被重複引入，讀者可閱讀《C++防止標頭檔案被重複引入的3種方法》一文做詳細了解。

可以看到，使用此方式定義的 const 常數，只需引入其標頭檔案（比如這裡的 demo.h），就可以使用它。

2) 借助extern先宣告再定義const常數

當然，const 常數的定義也可以遵循“宣告在 .h 檔案，定義在 .cpp 檔案”，借助 extern 關鍵字即可。例如（範例二）：

//demo.h
#ifndef _DEMO_H
#define _DEMO_H
extern const int num;  //宣告 const 常數
#endif

//demo.cpp
#include "demo.h"   //一定要引入該標頭檔案
const int num =10;  //定義 .h 檔案中宣告的 num 常數

//main.cpp
#include <iostream>
#include "demo.h"
int main() {
    std::cout << num << std::endl;
    return 0;
}

專案執行結果為：

10

前面講過，C++ const 關鍵字會限定變數的可見範圍為當前檔案，即無法在其它檔案中使用該常數。而 extern 關鍵字會 const 限定可見範圍的功能，它可以使 const 常數的可見範圍恢復至整個專案。

3) 借助extern直接定義const常數

值得一提的是，第 2 種使用 extern 定義 const 常數的方式，還可以做進一步優化。

以範例二為例，demo.cpp 和 main.cpp 中都引入了 demo.h，而 demo.h 檔案中只包含對 const num 常數的宣告。要知道 C++ 編譯器在執行專案時，會在預處理階段直接將 #include 引入的標頭檔案替換成該標頭檔案中的內容（就可以理解為傻瓜式的複製貼上）。

因此，我們可以將範例二中的專案做如下修改：

//demo.cpp
extern const int num =10;

//main.cpp
#include <iostream>
extern const int num;
int main() {
    std::cout << num << std::endl;
    return 0;
}

專案執行結果為：

10

顯然相比範例二，此專案中省略了 demo.h 標頭檔案的建立，一定程式上提高了專案的編譯效率。

本節介紹了 3 種在多檔案程式設計中使用 const 常數的方法，相比後 2 種藉助 extern 修飾 const 常數的方式，第一種方式更簡單、更常用，推薦讀者使用。