使用 const shared_ptr<> 基于范围的 for 循环

Question

我有一个带有shared_ptr<> 的容器，例如一个vector<shared_ptr<string>>v，我想迭代v，表示常量。

这段代码：

vector<shared_ptr<string>> v;
v.push_back(make_shared<std::string>("hallo"));
...

for (const auto &s : v) {
    *s += ".";   // <<== should be invalid
}

看起来像我想要做的（表明s 是const）但当然它不会使字符串const。

是否有一种优雅的方式来遍历 shared_ptr 的容器，明确表明内容不会被修改？

类似

for (shared_ptr<const string> s : v) {
    *s += ".";   // <<== will not compile
}

（但此代码由于其他原因无法编译:)）

编辑：

我犯了一个错误。最初我是在声明一个引用，这会导致编译器错误

for (shared_ptr<const string> &s : v) {   // <<== does not compile
    ...
}

如果您声明shared_ptr<const string>，则该示例有效。在我看来，这是一个很好的权衡，但这样指针会被复制，这在代码少、容器大的循环中可能会很耗时..

Answer 1

这就是答案。

但首先，布道：

指针和它指向的东西是两个独立的对象。任何一个，都不是，或者两者都可能是 const，而 const 指针仅仅意味着它不会指向不同的东西。如果指针是 const，则不能通过（可能是非 const）指针更改对象。

话虽如此，我们（我）经常编写使用unique_ptr 或shared_ptr 作为pimpl 的值语义包装对象。通常我们希望将包装器的 constness 传播到 impl。

我相信 c++17 会用它的 propagate_const 指针包装器解决这个问题。

与此同时，您可以轻松构建自己的：

#include <iostream>
#include <type_traits>
#include <memory>
#include <string>
#include <vector>

namespace traits
{
    template<class T> struct pointee;
    template<class T, class D>
    struct pointee<std::unique_ptr<T, D>> {
        using type = T;
    };

    template<class T>
    struct pointee<std::shared_ptr<T>> {
        using type = T;
    };

    template<class T> using pointee_t = typename pointee<T>::type;
}

template<class PointerType>
struct propagate_const
{
    using pointer_type = PointerType;
    using element_type = traits::pointee_t<pointer_type>;
    using value_type = std::decay_t<element_type>;
    using reference = value_type&;
    using const_reference = const value_type&;

    propagate_const(pointer_type p) : _ptr(std::move(p)) {}

    const_reference operator*() const {
        return *_ptr;
    }

    auto operator*()
    -> std::enable_if_t<not std::is_const<element_type>::value, reference>
    {
        return *_ptr;
    }

private:
    pointer_type _ptr;
};

template<class PointerType>
auto make_propagating_pointer(PointerType&& p)
{
    return propagate_const<PointerType>(std::forward<PointerType>(p));
}

int main()
{
    using namespace std;

    vector<propagate_const<shared_ptr<string>>> v;
    v.emplace_back(make_shared<string>("hello"));

    for (const auto& p : v)
    {
//        *p += " there";  // compile error
        cout << *p;
        cout << endl;
    }

    for (auto& p : v)
    {
        *p += " there";
        cout << *p;
        cout << endl;
    }

    return 0;
}

预期输出：

hello
hello there

这个很简单，只支持operator*，但是添加一整套操作符很简单。请注意，当指针为 const 时，我禁用了可变访问。

参考：http://en.cppreference.com/w/cpp/experimental/propagate_const

为了好玩，这里有一个 shared_string 类的完整示例，它在内部使用 shared_ptr 并正确传播 constness。

#include <iostream>
#include <type_traits>
#include <memory>
#include <string>
#include <vector>

template<class PointerType>
struct propagate_const
{
    using pointer_type = PointerType;
    using element_type = std::remove_reference_t<decltype(*std::declval<PointerType&>())>;
    using reference = element_type&;
    using const_reference = const element_type&;

    propagate_const(pointer_type p) : _ptr(std::move(p)) {}

    const_reference operator*() const {
        return *_ptr;
    }

    auto operator*()
    -> std::enable_if_t<not std::is_const<element_type>::value, reference>
    {
        return *_ptr;
    }

private:
    pointer_type _ptr;
};

template<class PointerType>
auto make_propagating_pointer(PointerType&& p)
{
    return propagate_const<PointerType>(std::forward<PointerType>(p));
}

struct shared_string
{
    shared_string(std::string s) : _impl(std::make_shared<std::string>(std::move(s))) {};
    shared_string(std::shared_ptr<std::string> sp) : _impl(sp) {};
    shared_string(propagate_const<std::shared_ptr<std::string>> sp) : _impl(sp) {};

    auto& operator += (const std::string& s) {
        *_impl += s;
        return *this;
    }

    friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const shared_string& ss) {
        return os << *(ss._impl);
    }

private:
    propagate_const<std::shared_ptr<std::string>> _impl;
};

template<class T, std::enable_if_t<std::is_const<T>::value>* = nullptr >
std::string check_const(T&)
{
    return std::string("const");
}

template<class T, std::enable_if_t<not std::is_const<T>::value>* = nullptr >
std::string check_const(T&)
{
    return std::string("not const");
}

int main()
{
    using namespace std;

    // a vector of mutable shared_strings
    vector<shared_string> v;

    // a vector of immutable shared_strings
    vector<const shared_string> cv;

    // make a shared_string
    v.emplace_back(make_shared<string>("hello"));

    // refer to the *same one* in cv
    cv.emplace_back(v[0]);

    for (const auto& p : v)
    {
//        *p += " there";  // immutable reference to mutable shared string - not allowed
        cout << check_const(p) << " " << p;
        cout << endl;
    }

    for (auto& p : v)
    {
        cout << check_const(p) << " " << p;
        p += " there";    // mutable reference to mutable shared string - allowed
        cout << " becomes " << p;
        cout << endl;
    }

    for (auto&p : cv)
    {
        cout << check_const(p) << " " << p;
//        p += " world";     // p is actually immutable because cv contains immutable objects
        cout << endl;
    }

    return 0;
}

预期输出：

const hello
not const hello becomes hello there
const hello there

Answer 2

我会选择模板方法

template <class T,class F>
void forEach(const std::vector<std::shared_ptr<T>>& vec, F&& f){
  for (const auto& ptr : vec){
      if (ptr){
         f(std::cref(*ptr));
     }
  }
}

如果你在那里放了一个 lambda 函数，编译器可能会内联它，所以这里没有性能损失。

Answer 3

这是众所周知的 C++ 限制，但有些人并不认为这是限制。

您想迭代 constly，但不可变指针并不意味着不可变指针。

shared_ptr<string> 类型和 shared_ptr<const string> 类型实际上是不相关的。

选项 1

for (const auto& ptr : v) {
    const auto& s = *ptr;

    s += ".";   // <<== is invalid
}

选项 2

只是不要修改它。