对象的 std::vector 和 const 正确性答案

【问题标题】：std::vector of objects and const-correctness对象的 std::vector 和 const 正确性
【发布时间】：2011-05-06 16:09:50
【问题描述】：

考虑以下几点：

class A {
public:
    const int c; // must not be modified!

    A(int _c)
    :   c(_c)
    {
        // Nothing here
    }

    A(const A& copy)
    : c(copy.c)
    {
        // Nothing here
    }    
};



int main(int argc, char *argv[])
{
    A foo(1337);

    vector<A> vec;
    vec.push_back(foo); // <-- compile error!
    
    return 0;
}

显然，复制构造函数是不够的。我错过了什么？

编辑：
办公室。我无法在operator=() 方法中更改this->c，所以我看不到如何使用operator=()（尽管std::vector 需要）。

【问题讨论】：

什么是编译错误？ 不要含糊其辞，成为ace；写一个proper test-case!
我认为你有一个选择：要么失去 const，要么失去使用向量的能力。如果您开始解决它并允许operator= 修改 const 成员，那么您现在已经为任何一段代码提供了执行相同操作的方法。
const int c; // 不得修改！您在上面的评论，这是否意味着“c”不应该被使用 A 类的对象或 A 类本身的成员修改？
@anand: c 只能在构造函数中设置。在我的具体情况下，我有一个指向某个父节点的指针。任务 * 常量父级；此指针不得重新定位，因此不允许在课堂内或外部对 c 进行更改。
@eisbaw：对我来说，选择 'const int c' 作为 A 类的成员是问题的根本原因。因此我的问题。有一个 operator=() 并使用 const_cast 来抛弃 const 来为“c”赋值，这听起来像是修复编译器错误的技巧，而不是解决实际问题的方法。

标签： c++ vector const-correctness

【解决方案1】：

我不确定为什么没有人这么说，但正确的答案是删除const，或将A* 存储在向量中（使用适当的智能指针）。

您可以通过让“复制”调用 UB 或什么都不做（因此不是复制品）给您的班级提供可怕的语义，但是为什么所有这些麻烦都围绕着 UB 和糟糕的代码跳舞呢？制作const 会得到什么？（提示：什么都没有。）你的问题是概念性的：如果一个类有一个 const 成员，那么这个类就是 const。 const 对象从根本上说是无法赋值的。

只需将其设为非常量私有，并以不可变的方式公开其值。对于用户来说，这是等价的，const-wise。它允许隐式生成的函数正常工作。

【讨论】：

说得好。我想是const int c 之后的评论让我认为@eisbaw 的情况没有其他解决方法。古老的格言是正确的：“为什么要为自己复杂化？”
其实“只去掉'const'”并不容易。为什么？因为在成员字段中删除'const'有效地强制你在构造函数参数中删除'const'，这反过来又迫使你在使用它的地方删除'const'等等......（我认为，这个想法应该是清除）。带有指针的 std::vector 的解决方案应该可以工作（尽管它不是很优雅）。顺便说一句，在 VS2010 中，您可以将不带赋值运算符的元素 push_back 到 std::vector 中。
@DmitriiSemikin 从字段中删除 const 不会影响参数。如果您按值分配，则该值复制到非常量字段中就好了。 C类{int mX; ClassName(const int x) : mX(x) {} };
@GManNickG 还有另一种观点。复制一个对象后变成另一个对象。因此，成员的常量性不适用于对象复制上下文。不幸的是，现在我必须在 const 成员语义和分配给对象之间做出选择。

【解决方案2】：

STL 容器元素必须是可复制构造和可分配的¹（您的类A 不是）。你需要重载operator =。

1 ：§23.1 说The type of objects stored in these components must meet the requirements of CopyConstructible types (20.1.3), and the additional requirements of Assignabletypes

编辑：

免责声明：我不确定以下代码是否 100% 安全。如果它调用 UB 或其他什么，请告诉我。

A& operator=(const A& assign)
{
    *const_cast<int*> (&c)= assign.c;
    return *this;
}

编辑 2

我认为上面的代码 sn-p 调用未定义行为，因为试图抛弃 const 限定变量的 const-ness 调用 UB。

【讨论】：

@eisbaw：抱歉，您不能在重载的operator= 中分配给this->c[因为它是一个常量]。
@eisbaw：你不能写一个空的 operator= 来简单地忽略你传递给它的任何东西吗？这维护了所需的接口，但保留了 c 的完整性。
@Prasoon：如果 *this 被声明为 const（例如 A const obj (3); obj = A(42);），那么它就是 UB。否则它只是一个bad idea。
@Roger：是的，没错。 ` §7.1.5.1/4` 说 Except that any class member declared mutable (7.1.1) can be modified, any attempt to modify a const object during its lifetime (3.8) results in undefined behavior. 但我们这里没有任何 const 对象，所以虽然这是个坏主意，但应该没问题。
其实你的说法并不完全正确。 vector 要求元素是可复制构造和可分配的，但并非所有容器都强制执行此操作（列表不强制分配）。

【解决方案3】：

您缺少一个赋值运算符（或复制赋值运算符），the big three 之一。

【讨论】：

【解决方案4】：

存储的类型必须满足CopyConstructible和Assignable的要求，也就是说也需要operator=。

【讨论】：

【解决方案5】：

可能是assignment operator。编译器通常会为您生成一个默认值，但该功能被禁用，因为您的类具有非平凡的复制语义。

【讨论】：

【解决方案6】：

我认为您正在使用的向量函数的 STL 实现需要赋值运算符（请参阅标准中的 Prasoon 引用）。但是，根据下面的引用，由于代码中的赋值运算符是隐式定义的（因为它没有显式定义），因此您的程序格式错误，因为您的类也有一个 const 非静态数据成员。

C++03

$12.8/12 - “隐式声明复制赋值运算符是隐式的当其类的对象定义类型被赋予其类的值类型或类类型的值派生自其类类型。一个程序如果类是不合格式的复制赋值运算符是隐式的定义有：

— const 类型的非静态数据成员，或

——非静态数据引用类型的成员，或

——一个类类型的非静态数据成员（或其数组）与无法访问的复制赋值运算符，或

— 具有不可访问的基类复制赋值运算符。

【讨论】：

【解决方案7】：

没有const_cast 的解决方法。

A& operator=(const A& right) 
{ 
    if (this == &right) return *this; 
    this->~A();
    new (this) A(right);
    return *this; 
}

【讨论】：

那不就是把一种未定义行为换成另一种吗？
A const obj (42); obj = obj;
@Roger Pate。正确的。需要检查。我修好了。
@TheUndeadFish。 UB 在哪里？
@Alexey：UB 发生在派生类上；这只是实现复制分配的一种糟糕方式。

【解决方案8】：

我最近遇到了同样的情况，我使用了 std::set 代替，因为它添加元素的机制（插入）不需要 = 运算符（使用

如果性能有问题，您可以尝试 unordered_set 或其他类似的东西。

【讨论】：

【解决方案9】：

您还需要实现一个复制构造函数，如下所示：

class A {
public:
    const int c; // must not be modified!

    A(int _c)
    ...

    A(const A& copy)
    ...  

    A& operator=(const A& rhs)
    {
        int * p_writable_c = const_cast<int *>(&c);
        *p_writable_c = rhs.c;
        return *this;
    }

};

特殊的const_cast 模板采用指针类型并将其转换回可写形式，用于此类场合。

应该注意const_cast 的使用并不总是安全的，请参阅here。

【讨论】：

【解决方案10】：

我只想指出，从 C++11 及更高版本开始，问题中的原始代码编译得很好！完全没有错误。但是，vec.emplace_back() 会是一个更好的调用，因为它在内部使用“placement new”，因此效率更高，将对象复制到向量末尾的内存中，而不是额外的中间副本。

cppreference states（强调）：

std::vector<T,Allocator>::emplace_back

将一个新元素附加到容器的末尾。元素是通过std::allocator_traits::construct构造的，一般使用placement-new在容器提供的位置就地构造元素。

这是一个快速演示，显示 vec.push_back() 和 vec.emplace_back() 现在都可以正常工作。

在这里运行它：https://onlinegdb.com/BkFkja6ED。

#include <cstdio>
#include <vector>

class A {
public:
    const int c; // must not be modified!

    A(int _c)
    :   c(_c)
    {
        // Nothing here
    }

    // Copy constructor 
    A(const A& copy)
    : c(copy.c)
    {
        // Nothing here
    }    
};

int main(int argc, char *argv[])
{
    A foo(1337);
    A foo2(999);

    std::vector<A> vec;
    vec.push_back(foo); // works!
    vec.emplace_back(foo2); // also works!
    
    for (size_t i = 0; i < vec.size(); i++)
    {
        printf("vec[%lu].c = %i\n", i, vec[i].c);
    }
    
    return 0;
}

输出：

vec[0].c = 1337
vec[1].c = 999

【讨论】：