const ＝定数(読み込み専用)と思い込むのはもうやめよう

「const修飾子がついた値は定数となり、同じ関数内では上書きできない」と単純に思い込んでいたら思わぬところでハマったので。

constとは結局何なのか？

constの意味は、次のように定義づけられることが多い。

• 定数(上書き不可)
• 読み込み専用とする

この定義は、半分正解であり半分間違っている。

　
constが定数として常に上書き不可を保証するのは、修飾する対象が非ポインタ型のときだ。
しかしポインタが絡むと、constが何を修飾しようとするか、constをどこに配置するかなど、細かな使い方によって挙動が変わるのである。

C言語を扱ううえでこの辺が今までふんわりしていたので、調べてわかったことを備忘録として残しておく。

const × 非ポインタ型の使い方

例えば下のようにchar型にconstをつけた場合、上書きしようとするとコンパイルエラーになる。

main.c

int main(void)
{
    char c        = 'A';
    const char cc = 'B';

    c  = 'Z'; // 上書き可
    cc = 'Z'; // 上書き不可。コンパイルエラーになる
    return (0);
}

　
このようにchar型やint型などにconstをつけると、常に上書き不可になる。

なお、この場合constをつける位置は重要ではない。
つまりconst intと書いてもint constと書いても挙動は同じである。

main.c

int main(void)
{
    char const c  = 'A';
    const char cc = 'B';

    c  = 'Z'; // 上書き不可。コンパイルエラーになる
    cc = 'Z'; // 上書き不可。コンパイルエラーになる
    return (0);
}

非ポインタ型にconstをつけるのは簡単だ。
ややこしいのは、ポインタ型にconstを修飾するときだ。

ポインタ型にconstをつける場合は、どこにconstを配置するかによって挙動が変わるので注意が必要である。

const × ポインタ型の使い方

例えば、次の4パターンの挙動の違いを正確に説明できるだろうか。

• const char*
• char* const
• const char* const
• char const* const

表にまとめてみるとこうなる。

	意味	値の変更	ポインタの位置変更
const char*	const char(読み取り専用)の文字列	❌	⭕️
char* const	char型のポインタをconst(位置制御)する	⭕️	❌
const char* const	const char(読み取り専用)の文字列をconst(位置制御)する	❌	❌
char const* const	char型をconst(制御=読み取り専用)してconst(位置制御)する	❌	❌

覚え方としては、*(アスタリスク)は「その左側すべてに係る」と考えるのが一番わかりやすい。

• const char* → const char(読み取り専用)文字列
• char* const → char*(文字列)をconstする

[追記] 2020.6.28
コメントで多くのアドバイスいただきありがとうございます！
特に@yuki12さんの記事が大変わかりやすかったので追記いたします。

ポインタ型に付ける const は型名の後ろに付くと考えると憶えやすい

const × 二重ポインタ型の使い方

二重ポインタ型にconstを掛け合わせるとどうなるのか。
例えば次の4パターンはすべて挙動が違う。

• const char**
• char* const*
• const char* const*
• char** const

なんか頭が痛くなってくる...
　
二重ポインタの場合は、普通のポインタ型に比べて条件がひとつ増える。
それは「配列内容を操作できるかどうか」だ。
つまり、具体的な値を上書きするかどうかではなく、配列自体の順番を入れ替えたり、NULLポインタを指すよう上書きしたりする操作をここでは「配列内容の変更」と呼ぶことにする。

さて、上の4パターンの挙動を整理すると次のようになる。

	意味	値の変更	配列内容の変更	ポインタの位置変更
const char**	読み取り専用の文字列(const char*)の配列	❌	⭕️	⭕️
char* const*	書き換え可能な文字列(char*)をconst(配列内容を読み取り専用とする)する	⭕️	❌	⭕️
const char* const	読み取り専用の文字列(const char*)をconst(配列内容を読み取り専用とする)する。	❌	❌	⭕️
char** const	書き換え可能な文字列の配列(char**)をconst(位置制御)する。	⭕️	⭕️	❌

覚え方としては、constより左の内容が上書き不可になるイメージ。
わかりにくいので具体例をあげると、

func.c

void func(const char **str)
{
    str[2] = "aaa"; //値の変更：不可
    str[0] = NULL;  //配列内容の変更：可
    str    = NULL;  //ポインタの位置変更：可
}

こんな感じ。

constを使いこなすメリット

プログラムによって細かく挙動を制御することで、思いがけないデータの変更を防ぐことができる。
チーム開発するときには使いこなせると大変便利。
特に大規模なプログラムになるほどconstの役割は重要になりそう。

またC標準ライブラリなどでもconstは頻繁に使われているので、自分では積極的に書かないまでも、せめて遭遇したときに正確に読めるようにしておきたい。

参考

【C言語入門】constの使い方
constポインタは何が上書き不可なのか
constとは
hiramine.com
const chars, char const sの違い