通过 const_cast 修改 const std::vector<T> 的元素答案

【问题标题】：Modifying element of const std::vector<T> via const_cast通过 const_cast 修改 const std::vector<T> 的元素
【发布时间】：2019-09-22 11:31:52
【问题描述】：

以下程序是否有未定义的行为？

#include <iostream>
#include <vector>

struct Foo
{
    const std::vector<int> x;
};

int main()
{
    std::vector<int> v = {1,2,3};
    auto f = new Foo{v};
    const_cast<int&>(f->x[1]) = 42; // Legal?
    std::cout << f->x[1] << "\n";
}

请注意，它不是使用const_cast 从f->x 中剥离常量，而是从f->x[x] 中剥离常量，这可能由一个单独的数组表示。还是允许翻译假定f->x[1] 在创建后是不可变的？

【问题讨论】：

结构没有区别，问题与int main() { const std::vector<int> y(1); (int&)y[0] = 42; }相同
如果您编写自己的类是 std::vector 的精确克隆，我非常有信心该代码是合法的。有时该标准有额外的条款说标准库容器具有特殊属性（例如，不完整类型的 std::vector 导致 UB）；但是在这种情况下我找不到任何相关的东西。
如果你有一个库分发const std::vector<int> &s，那么请注意库没有假设ints 不会改变，即使编译器不能假设。

标签： c++ stl language-lawyer stdvector const-cast

【解决方案1】：

您的示例中没有未定义的行为。

上面的代码不会调用未定义的行为，因为底层数据 (int) 是可变的。让我们看一个更简单的例子。

#include <iostream>

struct IntPtr {
    int* data;
};

int main() {
    int a = 0;
    const IntPtr p { &a }; 
    *p.data = 10;
    std::cout << a; // Prints 10
}

所有这一切都是完全合法的，因为使IntPtr const 导致data 是一个指向int 的常量指针，而不是一个指向常量int 的指针。我们可以修改p.data指向的数据；我们只是不能修改p.data 本身。

const IntPtr p { &a };

*p.data = 10; // This is legal

int b;
p.data = &b; // This is illegal (can't modify const member)

那么这个例子如何适用于std::vector？ 让我们添加索引到IntPtr 的功能：

class IntPtr {
    int* data;
   public:
    IntPtr() = default;
    IntPtr(int size) : data(new int[size]) {}
    
    // Even though this is a const function we can return a mutable reference 
    // because the stuff data points to is still mutable. 
    int& operator[](int index) const {
        return data[index]; 
    }
};

int main() {
    const IntPtr i(100); 
    i[1] = 10; // This is fine
};

即使IntPtr 是常量，底层数据也是可变的，因为它是通过分配一组可变整数来创建的。 std::vector 也一样：底层数据仍然是可变的，所以 const_cast 它是安全的。

【讨论】：