span 是否传播 const？

Question

标准容器传播 const。也就是说，如果容器本身是 const，则它们的元素自动为 const。例如：

const std::vector vec{3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6};
ranges::fill(vec, 314); // impossible

const std::list lst{2, 7, 1, 8, 2, 8, 1, 8};
ranges::fill(lst, 272); // impossible

内置数组也传播 const：

const int arr[] {1, 4, 1, 4, 2, 1, 3, 5};
ranges::fill(arr, 141); // impossible

但是，我注意到std::span（大概）不会传播 const。最小可重现示例：

#include <algorithm>
#include <cassert>
#include <span>

namespace ranges = std::ranges;

int main()
{
    int arr[] {1, 7, 3, 2, 0, 5, 0, 8};

    const std::span spn{arr};
    ranges::fill(spn, 173);               // this compiles

    assert(ranges::count(arr, 173) == 8); // passes
}

为什么这段代码可以正常工作？为什么std::span 对待 const 的方式与标准容器不同？

Answer 1

为 span 这样的类型传播 const 实际上并没有多大意义，因为它无论如何都无法保护您免受任何伤害。

考虑：

void foo(std::span<int> const& s) {
    // let's say we want this to be ill-formed
    // that is, s[0] gives a int const& which
    // wouldn't be assignable
    s[0] = 42;

    // now, consider what this does
    std::span<int> t = s;

    // and this
    t[0] = 42;
}

即使s[0] 给出了int const&，t[0] 肯定给出了int&。而t 指的是与s 完全相同的元素。毕竟它是一个副本，span 不拥有它的元素——它是一个引用类型。即使s[0] = 42 失败，std::span(s)[0] = 42 也会成功。这个限制对任何人都没有好处。

与常规容器（例如vector）的不同之处在于，此处的副本仍然引用相同的元素，而复制vector 将为您提供全新的元素。

让span 引用不可变元素的方法不是让span 本身成为const，而是让底层元素本身成为const。即：span<T const>，而不是span<T> const。

Answer 2

想想指针。指针也不传播 const。指针的常量与元素类型的常量无关。

考虑修改后的最小可重现示例：

#include <algorithm>
#include <cassert>
#include <span>

namespace ranges = std::ranges;

int main()
{
    int var = 42;

    int* const ptr{&var};
    ranges::fill_n(ptr, 1, 84); // this also compiles

    assert(var == 84);          // passes
}

std::span 在设计上是一种指向连续元素序列的指针。每[span.iterators]：

constexpr iterator begin() const noexcept;
constexpr iterator end() const noexcept;

请注意，begin() 和 end() 返回一个非常量迭代器，无论 span 本身是否为 const。因此，std::span 不会以类似于指针的方式传播 const。 span 的 constness 与元素类型的 constness 无关。

const₁ std::spanconst₂ ElementType, Extent>

第一个const 指定span 本身的常量。第二个const 指定元素的常量。换句话说：

      std::span<      T> // non-const span of non-const elements
      std::span<const T> // non-const span of     const elements
const std::span<      T> //     const span of non-const elements
const std::span<const T> //     const span of     const elements

如果我们将示例中spn的声明改为：

std::span<const int, 8> spn{arr};

代码无法编译，就像标准容器一样。在这方面，您是否将 spn 本身标记为 const 并不重要。 （不过，如果将其标记为 const，则不能执行 spn = another_arr 之类的操作）

（注意：你仍然可以在std::as_const的帮助下使用类模板参数推导：

std::span spn{std::as_const(arr)};

别忘了#include <utility>。）