如何在 C++ 的 stl 容器值中有 const 成员？

Question

我喜欢将我的 C++ 成员变量设置为 const，如果它们在构造对象后不应更改，但是，有时它们需要由 STL 修改。例如，如果我有一个包含 const 成员的类的向量，并且我尝试交换向量中的两个元素，STL 会尝试使用默认生成的 operator=()，但由于 const 成员变量而失败。

我觉得operator=() 就像一个构造函数，因为正在创建整个对象，因此希望通过某种方式允许operator=() 同时仍然拥有我的 const 成员变量。

在 C++03 中有没有办法做到这一点？如果不是，那么在 C++11 中，可能就地构造是为了这个？

class Foo {
  const int _id;

  static int _generate_unique_id();

public:
  Foo()
    : _id(_generate_unique_id()) {
  }
};

vector<Foo> foo_vector;

// Fill foo_vector with several entries:
//   [...]

// Try to swap the first and second elements of the vector:
swap(*foo_vector.begin(), *(foo_vector.begin() + 1));
// The above fails to compile due to const member variable _id
// prohibits us from using the default assignment operator.

Answer 1

在标准库容器中存储不可分配对象的解决方案是存储（智能）指向对象的指针。并不总是理想的，但可行。

Answer 2

例如，如果我有一个包含 const 成员的类的向量，并且我尝试交换向量中的两个元素，STL 会尝试使用默认生成的 operator=()，但由于 const 成员变量而失败。

实现“三大半”（默认和复制构造函数、赋值运算符和交换），赋值运算符显式跳过 _id 的重新赋值。

Answer 3

您想要的是 Java 不可变习语之类的东西。 这对于指针（以及垃圾收集语言）来说很棒，而对于像 C++ 这样的值语义语言来说则不那么棒了。

您有两种解决方案：

1 - 使您的对象在界面中不可变

成员是私有的（或者应该是私有的），所以除了类本身（和它的朋友）之外没有人可以修改它。因此，您需要做的就是确保没有人在（您控制的）类中执行任何操作，并且在受保护/公共接口中没有提供任何方法让其他人有权这样做。

TL;DR：让你的对象非 const。不要在类内修改它。添加一个 const getter。移除 setter（如果有的话）。

2 - 使用 std::unique_ptr

现在我们遵循 Java 习语。对象是 const，但指针可以重新归属，这正是你想要的。

这实际上比 const Data * 成员替代方案更好，因为它具有异常安全性。

奖励：不要手动调用析构函数来重新构造对象

有一个答案建议这样做。

正如sehe 首先提到的，不要那样做。

您的意思是提高代码的质量，这意味着您的代码需要在某一时刻保持异常安全。并且手动玩弄你的对象生命周期会使它在质量代码中无法使用。

阅读 Herb Sutter 关于该主题的文章：http://www.gotw.ca/gotw/023.htm

Answer 4

const 成员不仅可以防止程序员在其生命周期内修改成员的值；它还通过指定修改它的尝试是未定义的行为来启用编译器优化（请参阅const member and assignment operator. How to avoid the undefined behavior?）。

做你想做的事情的一种方法是编写一个nonmodifiable容器，它提供语义const，同时让你作为程序员修改包含的值的可能性：

template<typename T> class nonmodifiable {
   T t;
public:
   nonmodifiable(T t): t{std::move(t)} {}
   operator const T &() const { return t; }
   nonmodifiable &operator=(const nonmodifiable &) = delete;
};

你现在可以写了：

class Foo {
  nonmodifiable<int> _id;
  // etc.
};

因为_id 和它所包含的值都不是const，所以使用destruct-placement new dance 重新分配它的值：

Foo &operator=(const Foo &foo) {
   if (this != &foo) {
      _id.~nonmodifiable<int>();
      new (&_id) nonmodifiable<int>(foo._id);
   }
   return this;
}