为什么 std::set 似乎强制使用 const_iterator？

Question

考虑下面的简单程序，它尝试使用对其中元素的 NON-const 引用来迭代集合的值：

#include <set>
#include <iostream>

class Int
{
public:
   Int(int value) : value_(value) {}
   int value() const { return value_; }
   bool operator<(const Int& other) const { return value_ < other.value(); }
private:
   int value_;
};

int
main(int argc, char** argv) {
   std::set<Int> ints;
   ints.insert(10);
   for (Int& i : ints) {
      std::cout << i.value() << std::endl;
   }
   return 0;
}

编译时，我从 gcc 收到错误：

test.c: In function ‘int main(int, char**)’:
test.c:18:18: error: invalid initialization of reference of type ‘Int&’ from expression of type ‘const Int’  
for (Int& i : ints) {  
              ^  

是的，我知道我实际上并没有尝试修改 for 循环中的元素。但关键是我应该能够获得一个非常量引用以在循环内使用，因为集合本身不是 const 限定的。如果我创建一个 setter 函数并在循环中使用它，我会得到同样的错误。

Answer 1

来自cpp reference：

在集合中，一个元素的值也可以识别它（值是 本身是 T 类型的键），并且每个值必须是唯一的。价值 集合中的元素不能在容器中修改一次（ 元素总是 const)，但它们可以被插入或删除 容器。

Answer 2

std::set 使用包含的值来形成快速数据结构（通常是红黑树）。改变一个值意味着需要改变整个结构。因此，强制 constness、std::set 可以防止您将其推入不可用状态。

Answer 3

行为是设计使然。

给你一个非常量迭代器可以激发你改变集合中的元素；随后的迭代行为将是未定义的。

请注意，C++ 标准规定 set<T>::iterator 是 const，所以老式的 C++11 之前的方式仍然行不通。

Answer 4

集合就像没有值的地图，只有键。由于这些键用于加速集合上的操作的树，因此它们无法更改。因此，所有元素都必须是 const 以防止底层树的约束被破坏。