~Delphi const 杂谈~

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{    Delphi const 杂谈                                                           }
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Ok, 我想谈谈Object Pascal中关于const的一些事，起因是我发现一方面Object Pascal中关于const的说明很少，另一方面在现实中存在对其的许多误用。当然，我这是杂谈，不可能面面俱到。

1、const是什么？
      const是一个修饰词，来源于英文constant，意思是“常量、恒量、不变的” 的意思。注意！const是一个修饰词，代表一种约束（可能是语义上的，也可能是语法上的），不是“常量”！简单说，“const”不等价“常量”。“常量”是一个名词，const不是！

2、我们需要const么？
      需要么？需要吧，不需要吧。呵呵~，让我想起了《大话西游》。Well，理论上，没有const我们一样可以很好的工作。我见过很多人写的程序看不到一点const字眼，但可以很好的工作。那么，为什么我们还要引入const呢？在解释这一点之前，先看看使用const修饰能给我们带来什么好处吧。
a，语义上的明确
看下面两个表达式，
I  count: integer;
II const count: integer;
看到II，我们第一反应是这是一个常量，不要尝试去修改它；而对于I，我们不会有这种反应。这个区别实际上就反应了二者语义上区别。程序毕竟是“人”写的，其所面对的最终客户都是“人”，语义上的明确也许对机器无所谓，但对人却很重要。想想关于“枚举”类型，实际上，很多语言中并没有这种类型，Object Pascal却引入了，根本的原因即在语义明确。
b，语法明确
我认为这一点实际上是前一点所带来的副产品，但这一点相较于前一点有时候更重要。语法明确可以使得错误在程序编写阶段就被提前暴漏，如果我们确定一个变量是恒定不变的，使用const修饰可以使得编译器在语法分析阶段就可以分析出错误，而不是在程序运行阶段。

当然，const还有其它一些好处，但这两点无疑是引入const的根本原因。语言的优劣既要易于表达（语义上）还要尽量减少错误（语法上），毫无疑问，const满足这一要求。
结论：引入const必要。

3、const的用途
    从语义和语法上说，const的用途可以简单概括为：语义提示和语法约束。通常这两者是同时存在的，你可能会看到如下的表达：
    procedure Foo(const val: integer);
    或
    const val: integer = 3;
    这是一个典型的语义提示，它提示你不要去修改val，delphi编译器默认情况下禁止修改val，但可使用{$J+}和{$J-}编译指示指令使得val可以修改。这里使用const修饰的重点在于语义提示。
    下面的用法也是我们经常的使用方式：
    const Pi = 3.1415926;
    这种使用方式强调了语法的约束，在这种情形下，它相当于C中的宏，我们无法修改它，无论使用什么编译指令（当然，它不完全等价于宏）。

4、变量的内存布局
      我们在讨论const，怎么说到“变量”？好吧，常量是变量的一种，是变量的特殊形式。Ok，要理解无论什么“量”其根本上都是一个内存块。之所以要在这里明确变量的内存布局是为了更准确理解const修饰（好像我说了一吨废话，汗...）。

      一个变量对应一个内存块，这个内存块可能存在于代码区、数据区、也可能存在于堆区和栈区。通常，我们不关心这个，但是变量存在不同的区域对变量的使用是有影响的，它会影响变量的生命周期。通常，存在于代码区和数据区的生命期最长，一般说堆区的变量长于栈区。通常，在Object Pascal中我们像下面这样使用变量：
var
   i: integer;
   list: TList;
至于变量到底存在于那个区域，取决于var块所处的位置：是处于函数、单元还是类中？这里我不打算详细讨论变量的内存不布局，只是我们确信：变量的内存布局直接决定了变量的生命周期。而
使用const修饰会改变变量的内存布局。譬如：
I. procedure Foo;
var
   i2: integer;
begin
   //todo...
end;
II. procedure Foo;
const
   i3: integer = 0;
begin
   //todo...
end;
变量i2存在于栈区，随着函数调用生（压栈）和死（出栈）；而i3则存在于数据区，不会被压入栈中，当然也不会随着出栈而死。well，我们知道，全局变量存在于数据区，某种程度上，i3很类似全局变量，但与全局变量不同的是，i3只有II函数可见，它只在II函数的名字空间可见，而全局变量全局可见。
另：什么样的变量存在于代码区？
常量，真正的常量。其实也不一定，这依赖于编译器的实现，在C中这样的常量常常被宏替代。完全可以将常量也放在数据区甚至于堆区。好吧，不管它放在那里，有一点是一样的，它们的生命期很长，程序不死，它们不死。存在于代码区的变量有一个特点，你通常无法取得它的地址。看例子：
const
   Pi = 3.1415926;
   T: double = 3.1415926;
var
   p: Pointer;
begin
   //p := @Pi; //语法错误，Pi是一个真正的常量，存在于代码区（依赖于编译器实现）
   p := @T; //数据区，只是一个被const修饰的变量
   //todo...
end;

5、一个被const修饰的变量为什么需要被改变
    既然一个变量需要被改变，我们为什么还要用const修饰呢？这确实是一个语义上的矛盾。事实上，Object Pascal的const修饰在语义上不仅仅是“不可修改”，还有“静态变量”的意思。“静态”是什么意思？“不变的”、“不动的”？“变量”难道还可以“动”？某种程度上，“静态”更难以理解。Ok，不去深究了，总之，“静态变量”希望表达这样一种意思：一个变量，只在一定空间可见（不像全局变量那样全局可见）会一直存在下去而不随着函数的调用生或者死。也许Pascal语法的定义者认为这种意思更接近于const的含义而不是所谓的“静态”的含义，因此，Object Pascal中const修饰还有定义“静态变量”的意思。而在有些时候，我们需要“静态变量”，因此，你会发现一个可被修改的变量会被const修饰。用术语来表述就是：我们有时候会需要这样一个变量，既有像全局变量一样的生命期，又有像局部变量一样的可见性（名字空间）。
    简单说，一个const修饰的变量被改变意味着我们需要的是一个“变量”而不是一个“恒定的、不可修改的”的“常量”。
    仔细观察下列定义：
    I const AConst = 2;
    II const AModifiedConst: integer = 3;
    可以发现，I中const修饰的是“2”， II中const修饰的是Integer；除了语义上的约束强调外，I强调了值2不可改变，II强调了类型Integer不可更改。const修饰符是“左结合”操作符。准确的说，这就是Pascal编译器对const的理解。所以，当使用{$J+}和{$J-}编译指令时，I不会发生改变，II会。   

    补充：

    任何变量都是一个内存块，从某种程度上说，const修饰实际上是修饰这个内存块，这种修饰强调两点：1，内存块位置和大小不可以改变；2，内存块内容不可以改变。当仅仅强调1时就是“静态变量”的情况，当二者同时强调时，就是上面I所对应的情况。所以，就我个人而言，我更倾向于Pascal所使用const语义而不是C中使用“静态变量”语义，后者似乎缺少某种一致性，增加了概念。

6、const修饰的变量的生命期和可见性
    在4中其实已经有讨论，这里进一步。
    在3中，我们说，const修饰无论从语法还是语义上，它体现的是一种约束，这种约束不仅改变了变量的内存布局，更重要的是改变了变量的生命周期。当const修饰的变量发生改变时，这一点变得尤其重要。在5中，我解释了为什么一个被const修饰的变量需要被修改，既然一个变量可能会被修改，那么一定需要关注其生命期和可见性。
    和一般的变量一样，被const修饰的变量遵循同样的可见性，没有例外。但生命期则不同，在4中我们已经看到这一点。看下例：
procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
{$J+}
const
    val1 = 26;
    val2: integer = 10;
{$J-}
var
   i: integer;
begin
   inc(val2);
   //inc(val1);//语法错误

    Label1.Caption := 'val1: ' + IntToStr(val1);
    Label2.Caption := 'val2: ' + IntToStr(val2);
end;
     每次点击按钮，val2会在前一次结果上再加1，因为，val2不再是一个局部变量，而变成一个“静态变量”，不再试一个存在于栈中的临时变量，而是在数据区的一个变量。其生命期被得以延长。这一点在有些情况下很有用。我们知道，全局变量的使用是一个陷阱，因为其全局可见，很可能会被误修改，要调试这样的错误，往往需要遍历全部代码。许多情况下，我们使用全局变量，只是想用其全局生命期，而讨厌其全局可见性，而const修饰的变量恰恰提供了这一点。

7、利用const修饰构建只能生成唯一对象的类
      类是一个模板，利用这个模块可以生成任意数量的实例对象，但有时候，我们只希望生成唯一的实例，比如一个程序中，我们只希望有唯一的数据库连接，再比如Application，它也只能是唯一的。利用const修饰可以做到，当然它不是唯一的方法，也可以使用全局变量（据说delphi2006可以定义类变量，使用它也可以实现），但全局变量我们需要很谨慎的维护，这在许多情况下很难。
下面是一个例子：
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TSingle = class(TObject)
private
protected
   constructor CreateInstance;
   class funtion GetInstance(Request: integer): TSingle;
public
   constructor Create;
   destructor Destroy; override;
   class procedure ReleaseInstance;
   class function SingleInstance: TSingle;  
end;

implementation

constructor TSingle.Create;
begin
   inherited Create;
   raise Exception.CreateFmt('只能通过SingleInstance方法来创建和访问%s的实例!', [ClassName]);
end;

constructor TSingle.CreateInstance;
begin
   inherited Create;
end;

destructor TSingle.Destroy;
begin
   if GetInstance(0) = self then GetInstance(2);
   inherited Destroy;
end;

class function TSingle.GetInstance(Request: integer): TSingle;
{$J+}
const FInstance: TSingle = nil;
{$J-}
begin
   {
   Request = 0 : 不做任何处理，供释放时使用
   Request = 1 : 存在该类实例时使用该实例，不存在时创建之
   Request = 2 ：返回一个空指针，用于重置实例
   }
   case Request of
     0: ;
     1: if not Assigned(FInstance) then FInstance := CreateInstance;
     2: FInstance := nil;
   else
     raise Exception.CreateFmt('%d是GetInstance()的非法参数调用', [Request]);
   end;
   result := FInstance;
end;

class procedure TSingle.ReleaseInstance;
begin
   GetInstance(0).Free;
end;

Class function TSingle.SingleInstance: TSingle;
begin
   result := GetInstance(1);
end;
---------------------------------------------------
对类TSingle你可以像一般类那样使用，如下：
var
   ASingle: TSingle;
   B: TSingle;
   C: TSingle;
begin
   ASingle := TSingle.SingleInstance;
   B := TSingle.SingleInstance;
   C := TSingle.SingleInstance;
   //todo...
   ASingle.Free;
   B.Free;
   C.Free;
   TSingle.ReleaseInstance;//note: 这才是真正释放对象的地方
end;
无论定义多少对象指针，其实都将指向同一个对象。看起来，上面的代码很麻烦，为什么还要这样做，根源就在我们规避了全局变量的全局可见，而且使用类，使得这个拥有超长生命期的变量FInstance变得“自维护”，也就是说，我们只需要在这里类里维护FInstance就可以保证在任何地方使用FInstance的时候都保持一致。

8、题外话
      对一些我们很少使用的类型（比如集合、枚举）、很少使用的关键字，往往有其存在的特定价值，在特定情况下，使用它们会带来意想不到的便利和清晰。不要忽略它们，对编译器设计者来说，如非必要，他们绝不会引入它们，它们的引入一定有它们的道理，当然，也绝不要滥用它们。

补充：

     1，const修饰可能会优化编译代码。关于这一点与编译器密切相关，由于变量被const修饰后其内存大小和位置是确定的，这样，在如下的方式里可以被优化

?

1	procedure Foo(const val: integer);

   虽然从语法上这是一个值传递，按惯例需要复制参数传递到函数Foo中，但因为const的特性，这里只需要参数传递地址就可以了，这会比不使用const修饰快，尤其是在使用string作为参数的过程中，效率优势会明显。当然，这一点不是Object Pascal要求的，与编译器有关。