通过构造时获取的指针修改const对象

Question

我刚刚发现在没有任何const_cast 魔法的情况下修改 const 对象是多么容易。考虑：

#include <iostream>

class Test {
public:
    Test(int v)
        :m_val{ v },
        m_ptr{ &m_val }
    {}

    int get() const { return m_val; }
    void set(int v) const { *m_ptr = v; }

private:
    int m_val;
    int* m_ptr;
};

int main()
{
    const Test t{ 10 };

    std::cout << t.get() << '\n';
    t.set(0);
    std::cout << t.get() << '\n';

    return 0;
}

Clang、GCC 和 MSVC 的最新版本不显示任何警告并产生预期的输出：

10 0

这是根据当前标准明确定义的行为吗？如果它是未定义的，如果 m_val 是 std::aligned_storage_t<sizeof(int), alignof(int)> 类型和构造函数 new'ed int 呢？我相信在小缓冲区优化方面这是很常见的情况。

编辑

谢谢，看来这只是另一种自爆的方式。 令人不安的是：

struct Test2 {
    int i;
    void operator()() { ++i; }
};

const std::function<void()> f{ Test2{ 10 } };
f();

当实现选择将Test2 对象存储在f 中时也是未定义的行为（在libc++ 和Visual Studio 中就是这种情况）

Answer 1

const 强制执行“按位常量”，但您通常想要的是“逻辑常量”。

对于包含指针的对象，这意味着 const 成员函数不能修改指针本身，但可以修改指针所指的内容。换句话说，这些示例格式正确，但行为未定义。

要获得逻辑常量，您 1) 使用mutable（或有时const_cast）来允许修改不影响对象逻辑状态的成员（例如，缓存值/记忆），并且 2) 通常具有手动强制不通过指针写入数据（但如果它是拥有指针，则该所有权可能应该委托给 only 管理该数据所有权的对象，在这种情况下，通常应该将其设为 const防止写入它拥有的数据）。

至于有一个非常量指针指向的数据本身可能已经被 const 修改的具体细节，好吧，你基本上只是得到一个与const_cast 大致相同的东西的（持久）版本通常用于：获取对数据的非常量访问，否则您将只有一个 const 指针。您可以确保仅以不会导致问题的方式使用它（但仅拥有和/或写入该指针本身并不一定会导致问题）。

换句话说，我们这里有两个指向某些数据的独立指针。 this 允许您访问对象的数据。在const 成员函数中，您只能通过this 读取（不能）写入数据，除非（如上所述）它被标记为mutable。在这种情况下，您正在保存指向相同数据的第二个指针。由于没有任何东西可以将其标记为指向 const 的指针，因此不是，因此您可以非常量地访问它指向的数据。

Answer 2

正如其他人在 cmets 中指出的那样：您正在修改 m_ptr 指向的对象。这个“指向”对象不是class Test 的一部分（就编译器而言）。这就是编译器允许您这样做的原因。

话虽如此，我相信这将是未定义的行为。那是因为m_ptr实际上指向了对象const Test t的另一个成员变量（m_val）！允许编译器进行 arggresively 优化，他们可能依赖 constness 来这样做。

唯一的例外是您使用 mutable 关键字，但这是另一回事。

Answer 3

C++中基本上有两种常量：物理常量和逻辑常量。

至于物理常量，在所考虑的代码段中一切都是完全有效的，因为set() 修改了由m_ptr 指向的值，而不是作为类的一部分的指针本身。

这里违反了逻辑常数。但是在 C++ 中有很多方法可以违反逻辑常量，因为这种常量很大程度上依赖于特定的类设计。

在上面的例子中，程序导致了 UB，因为它试图改变一个 const 对象。

从 n4296，7.1.6.1 cv-qualifiers：

除了可以修改任何声明为 mutable (7.1.1) 的类成员， 任何在 const 对象的生命周期 (3.8) 期间修改其结果的尝试 在未定义的行为中。

Answer 4

这是未定义的行为。并非所有const 声明的类型确实是常量，因此修改以这种方式声明的内容并不总是未定义的行为。您可以引用引用非 const 非 const 值的 const 类型，抛弃 const 并修改该值而不调用未定义的行为。在这种情况下，虽然原始定义是 const，所以您必须假设它是一个常量。

修改任何常量都是未定义的行为，是的，有很多方法可以“意外”这样做。在aligned_storage 版本中，是的，通过使用placement new 来修改该常量 数据是未定义的行为。