为什么非 const vector<bool> 元素是 const 的？

Question

当我迭代 vector<bool> 时，我发现通过迭代器取消引用的元素被识别为 const。这是为什么？更改容器或元素类型，例如list<bool> 或vector<short>，并且元素是非常量的。这段代码显示了我在说什么：

typedef bool T;
#define C vector
istringstream &operator>>(istringstream &iss, T &v)
{
    cout << "non-const" << endl;
    return iss;
}

istringstream &operator>>(istringstream &iss, const T &v)
{
    cout << "const" << endl;
    return iss;
}

istringstream &operator>>(istringstream &iss, C<T> &c)
{
    for (C<T>::iterator it = c.begin(); it != c.end(); ++it)
    {
        iss >> *it;
    }
    return iss;
}

int main()
{
    C<T> c(1);
    istringstream iss("1");
    iss >> c;
}

对于vector<bool>，此程序将“const”打印到控制台。将顶部的 typedef 和 manifest 常量更改为除了这两个组合之外的任何内容，它会打印“非常量”。此外，如果我将行 iss >> *it 替换为 T v; iss >> v; *it = v;，它将按预期工作——所有组合都打印“非常量”。

我在 GCC 4.1.2 C++98（通过 codepad.org）和 VS2015 C++14+（？）中看到了相同的行为。

Answer 1

尽管有名字，vector<bool> 不包含bools，并且取消引用它的迭代器不会给你一个bool&。相反，它为您提供了一个vector<bool>::reference 类型的对象，它会尽可能地模仿bool& 的行为。

无法将vector<bool>::reference 转换为bool&，因此非常量重载不起作用。但是，vector<bool>::reference 可以转换为 bool，然后可以绑定到 const bool&。

Answer 2

为了节省内存，vector<bool> 不是bool 的实际数组。一个 bool 值只需要存储一个位，但可能的最小大小是 1byte = 8bits。因此，通过不使用简单的实现，您可以获得比简单的 bool 数组提供的存储效率高 8 倍（就内存而言）。

但是，结果是vector<bool> 的元素不是布尔值，而是vector<bool>::reference，它与bool& 几乎但不完全相同。大多数操作都在这里，但有些不是（例如|=）

您仍然可以将其转换为bool，或者用它初始化一个新的const bool 对象......然后用这个新对象做任何你想做的事

Answer 3

std::vector<bool> 是std::vector 的特化，它充当节省空间的动态位集。从begin() 和end() 返回的迭代器实际上指向代表布尔值的代理类类型的对象。

取消引用迭代器返回的引用是类类型的纯右值，而不是实际的布尔值。它被转换为bool 类型的纯右值，这就是为什么需要引用 const 的重载（右值可以绑定到对 const 的引用）。