分解技术找到类似的方法？

Question

我正在寻找一种技术来寻找类似的方法。问题如下。我需要一个容器上的 find 方法，该方法不需要修改容器内容来进行搜索。但是，它应该有一个 const 和一个非常量版本，因为在返回迭代器而不是 const_iterator 的情况下，它可能导致容器的修改。 在这两种情况下，代码将完全相同，只有访问器将被评估为 constXXX 或 XXX 并且编译器将完成这项工作。从设计和维护的角度来看，将这两种方法实现两次并不明智。 （而且我真的很想避免为此使用宏......） stl_tree.h 中 stl 的 gcc 实现中的那段代码也很好地说明了我的意思：

template<typename _Key, typename _Val, typename _KeyOfValue, 
  typename _Compare, typename _Alloc>
  typename _Rb_tree<_Key, _Val, _KeyOfValue,
          _Compare, _Alloc>::iterator
  _Rb_tree<_Key, _Val, _KeyOfValue, _Compare, _Alloc>::
find(const _Key& __k)
{
  iterator __j = _M_lower_bound(_M_begin(), _M_end(), __k);
  return (__j == end()
      || _M_impl._M_key_compare(__k,
                _S_key(__j._M_node))) ? end() : __j;
}

template<typename _Key, typename _Val, typename _KeyOfValue,
       typename _Compare, typename _Alloc>
typename _Rb_tree<_Key, _Val, _KeyOfValue,
          _Compare, _Alloc>::const_iterator
_Rb_tree<_Key, _Val, _KeyOfValue, _Compare, _Alloc>::
find(const _Key& __k) const
{
  const_iterator __j = _M_lower_bound(_M_begin(), _M_end(), __k);
  return (__j == end()
      || _M_impl._M_key_compare(__k, 
                _S_key(__j._M_node))) ? end() : __j;
}

可以看到方法的原型不同，但实现中写的代码其实是一样的。

我想出了两种可能的解决方案： 第一个使用 const_cast，另一个使用辅助模板结构。 我在这里制作了这两种方法的一个简单示例：

#include <iostream>
using namespace std;

struct Data
{
  typedef int*       iterator;
  typedef const int* const_iterator;

  int m;

  Data():m(-3){}
};

struct A : public Data
{
  const_iterator find(/*const Key& k */) const
  {
    A *me = const_cast < A* > ( this );
        return const_iterator( me->find(/*k*/) );
  }

  iterator find(/*const Key& k */){
    return &m; }
};

//the second one is with the use of an internal template structure:

struct B : public Data
{

  template<class Tobj, class Titerator>
    struct Internal
   {
      Titerator find( Tobj& obj/*, const Key& k */ ){
        return &(obj.m); }
    };

  const_iterator find( /*const Key& k */ ) const
  {
    Internal<const B, const_iterator> internal;
    return internal.find( *this/*, k*/ );
  }

  iterator find( /*const Key& k */ )
  {
    Internal<B,iterator> internal;
    return internal.find( *this/*, obs*/ );
  }
};


int main()
{
  {
    A a;
    a.find();
    A::iterator it = a.find();
    cout << *it << endl;


    const A& a1(a);
    A::const_iterator cit = a1.find();
    cout << *cit << endl;
  }

  {
    B b;
    b.find();
    B::iterator it = b.find();
    cout << *it << endl;


    const B& b1(b);
    B::const_iterator cit = b1.find();
    cout << *cit << endl;
  }
}

这可能是一个众所周知的问题，我想知道是否有 C++ 大师提出了一个好的设计模式来解决这个问题。特别是我想知道是否有人认为这两种方法中的一种存在问题（特别是在性能方面）。因为第一个更容易理解，所以我更喜欢它，尤其是在阅读完之后： Constants and compiler optimization in C++ 这似乎让我不用害怕写一个 const_cast 并破坏我的表现。

提前谢谢你，干杯，

曼努埃尔

Answer 1

在具有相同实现的 const 和非 const 成员函数之间共享代码的惯用方式是在非 const 中const_cast：

struct foo
{
    const int* bar() const;
    int* bar() 
    {
        const int* p = static_cast<const foo*>(this)->bar();

        // Perfectly defined since p is not really
        // const in the first place
        return const_cast<int*>(p);
    }
};

如果bar 的返回值是bar 的成员对象，则此方法有效，当您调用非const bar 时，它实际上不是const（因此const_cast 是合法的）。

您不能在 const 版本中写入非常量版本和 const_cast：这是未定义的行为。 只有在对象一开始不是 const 时，您才可以删除 const。

在您的示例代码中，由于您使用裸指针，您可以这样做：

struct A : public Data
{
  const_iterator find(const Key& k) const
  {
      // The real implementation of find is here
  }

  iterator find(const Key& k)
  {
      // Not the other way around !
      const_iterator p = static_cast<const A*>(this)->find(k);
      return const_cast<iterator>(p);
  }
};

但是一旦你使用更复杂的迭代器类型，这将不起作用：事实上，没有从标准容器的 const_iterator 到 iterator 的转换，所以你搞砸了，除非你使用普通指针。

一种解决方案是尽可能多地分解，以便您可以const_cast，并在最后制造一个迭代器。

Answer 2

可能没有很好的解决方案。 const 重载和iterator/const_iterator 都是相当笨拙的工具。

在第一种情况下，让 const 版本完成工作，让非 const 版本进行转换可能会更好。这样编译器就可以检查你的算法是否确实没有修改容器。

将const_iterator 转换为iterator 可能有点尴尬，因为这取决于实现细节。但是您可以创建一个私人助手将其封装在一个地方。

struct A : public Data
{
  iterator find(/*const Key& k */)
  {
    const A *me = this;
    return remove_const_from( me->find(/*k*/) );
  }

  const_iterator find(/*const Key& k */) const{
    return &m; }

    private:
        //could be also static, but in the general case, *this might be needed
        iterator remove_const_from(const_iterator p)
        {
            //in this case just a const_cast
            return const_cast<int*>(p);
        }
};

在第二种情况下，您可以通过使用模板函数及其至少推断参数类型的能力来减少冗长。

struct B : public Data
{
    struct Internal //eventually, could be just a free function?
   {
      template<class Titerator, class Tobj>
      static Titerator find( Tobj& obj/*, const Key& k */ ){
        return &(obj.m); }
    };

  const_iterator find( /*const Key& k */ ) const
  {
    return Internal::find<const_iterator>( *this/*, k*/ );
  }

  iterator find( /*const Key& k */ )
  {
    return Internal::find<iterator>( *this/*, obs*/ );
  }
};