难以理解 C++ 中的 const（无法绑定非 const 左值引用）

Question

我正在尝试用 C++ 构建一个张量类。这仅适用于个人项目以在 C++ 中进行一些练习，并且它有点工作，但现在我遇到了一些我不太理解的 C++ 问题。这是我的张量类的主要结构，省略了一些不相关的函数。

#include <vector>

template<typename T> struct Tensor {
    // Support for up to 5 dimensions
    T& at(std::vector<std::size_t> indices); // Calls the other at() functions depending on the vector size
    T& at(std::size_t d1);
    T& at(std::size_t d1, std::size_t d2);
    T& at(std::size_t d1, std::size_t d2, std::size_t d3);
    T& at(std::size_t d1, std::size_t d2, std::size_t d3, std::size_t d4);
    T& at(std::size_t d1, std::size_t d2, std::size_t d3, std::size_t d4, std::size_t d5);
    Tensor transpose();
    Tensor matmul(Tensor& rhs) {
        rhs.at(0);
        return Tensor();
    }
};

在测试 matmul() 以将两个张量相乘时，以下代码有效：

void works() {
    Tensor<float> tensor1;
    Tensor<float> tensor2 = tensor1.transpose();
    Tensor<float> tensor3 = tensor1.matmul(tensor2);
}

但是，以下代码我没有明确创建 tensor1 作为 tensor1 的转置失败：

void fails() {
    Tensor<float> tensor1;
    Tensor<float> tensor = tensor1.matmul(tensor1.transpose());
}

抛出的第一个错误是

tensor.test.cpp:26:60: error: cannot bind non-const lvalue reference of type 'Tensor<float>&' to an rvalue of type 'Tensor<float>'
   26 |     Tensor<float> tensor = tensor1.matmul(tensor1.transpose());
      |                                           ~~~~~~~~~~~~~~~~~^~

根据我的谷歌搜索和对 C++ 的有限理解，我尝试将 matmul() 的定义更改为

Tensor matmul(const Tensor& rhs) { // <-- const added

但是，如果我这样做，我会得到一个不同的错误：

tensor.hpp: In instantiation of 'Tensor<T> Tensor<T>::matmul(const Tensor<T>&) [with T = float]':
tensor.test.cpp:21:43:   required from here
tensor.hpp:13:15: error: passing 'const Tensor<float>' as 'this' argument discards qualifiers [-fpermissive]
   13 |         rhs.at(0);
      |         ~~~~~~^~~

编辑 1： 在 cmets 之后，使用 Tensor matmul(const Tensor& rhs); 添加所有 const 定义的所有 at() 函数解决了我的问题。但是现在代码看起来像这样：

T& at(std::vector<std::size_t> indices);
T& at(std::size_t d1);
T& at(std::size_t d1, std::size_t d2);
T& at(std::size_t d1, std::size_t d2, std::size_t d3);
T& at(std::size_t d1, std::size_t d2, std::size_t d3, std::size_t d4);
T& at(std::size_t d1, std::size_t d2, std::size_t d3, std::size_t d4, std::size_t d5);
        
const T& at(std::vector<std::size_t> indices) const;
const T& at(std::size_t d1) const;
const T& at(std::size_t d1, std::size_t d2) const;
const T& at(std::size_t d1, std::size_t d2, std::size_t d3) const;
const T& at(std::size_t d1, std::size_t d2, std::size_t d3, std::size_t d4) const;
const T& at(std::size_t d1, std::size_t d2, std::size_t d3, std::size_t d4, std::size_t d5) const;

这意味着相当多的重复代码。我想知道这是否可以改进。

Answer 1

根据我的谷歌搜索和对 C++ 的有限理解，我尝试将 matmul() 的定义更改为

Tensor matmul(const Tensor& rhs); // <-- const added

除非matmul 修改rhs，否则它确实不应该采用非常量引用。参数是非常量引用确实是该示例不起作用的原因。所以，你找到了正确的解决方案。

调用this 的at() 的at(left) 有效。

那是因为matmul 仍然是一个非常量成员函数。然而，这有意义吗？就像没有修改rhs的函数一样，它是否修改了*this？我打赌不会。并且鉴于该函数不是 const，您不能这样做：

const Tensor tensor;
Tensor tensor3 = tensor.matmul(some_other_tensor);

这种限制有意义吗？应该不会吧。

因此，您可能应该将其设为 const 成员函数。这也会阻止at 与*this 一起工作。

我尝试将所有at()函数的输入参数设置为const，但没有成功。

这没有帮助。您必须做的是使其成为 const 成员函数。但要做到这一点，它必须返回一个 const 引用。

但是，您可能还需要返回非常量引用的 at。那么如何解决。我建议检查标准库如何处理这个问题。我们以std::vector为例：

reference       at( size_type pos );
const_reference at( size_type pos ) const;

你会看那个。有两个重载。一个常量和另一个非常量。您可以在您的张量类中遵循此示例。

Answer 2

您的方法 at 不是 const。它会修改张量吗？

如果不是，你可以这样说： T& at(std::size_t d1, std::size_t d2) const; 并可能返回const T&。

但是您遇到的问题是您在 const Tensor 上调用非常量成员函数 (at)