const 对象和成员指针的 const 正确性，构造函数漏洞

Question

class Test
{
public:
    Test() : i(0), ptr(&i) {}
    int i;
    int *ptr;
    void change_const (int x) const { *ptr=x; }
};

int main()
{
    const Test obj;
    obj.ptr = &obj.i; // error
    obj.change_const(99);
    return 0;
}

虽然obj中的ptr是int *const类型，但构造函数可以让他指向i类型const int。明确尝试这样做当然会失败。为什么构造函数会提供这个关于 const 正确性的漏洞？其他非直接明显的漏洞，如

int *ptr;
const int **c_ptr = &ptr; // error
const int c = 10;
*c_ptr = &c;
*ptr = 20; // because here change of c possible

也是经过深思熟虑的预防。

Answer 1

const 是一个语言级别的概念。也就是说，当您编译代码并将其作为机器代码执行时，所有数据或多或少都被视为数据。请注意，我说“或多或少”是因为我们忽略了这样一个事实：理论上，const 数据可以存储在只读页面中并在写入时触发页面错误；但由于页面大小的粒度，这并不常见。所以发生的事情如下：

您的构造函数将ptr 的值初始化为指向i 的地址。由于您的obj 对象是const，因此您无法直接修改i 的值，而且您无法更改ptr 指向的位置。但是，您可以访问和操作ptr 指向的内存（在本例中为i 的值）。

因此，由于编译器不会检查/知道/关心ptr 是否指向i，因此它不会捕获对const 的违反。相反，它只会看到您修改了ptr 指向的数据。

Answer 2

显然构造函数（或者至少是初始化列表，如果不是 ctor 的主体）需要能够将值写入i。

碰巧的是，C++ 实现这一点的方式是使this 在构造函数（和析构函数）中成为指向非常量的指针。基本上，obj 的const-ness 在构造函数完成执行之前不会开始。这就是漏洞存在的原因，因为对如何构造const-qualified 对象的技术问题提供了一种简单但不完美的解决方案。

也许原则上可以采取不同的方式。我想您需要一个单独的 const 版本的构造函数，编译器在其中应用不同的规则（就像普通的成员函数可以是 const），将数据成员视为 const，因此（1）允许它们被初始化但未分配，(2) 禁止从&i 初始化ptr，因为后者的类型为int const*。 C++ 不这样做，因此它有你已经通过的这个漏洞。如果它确实做到了，在某些情况下人们会更难以编写构造函数，所以这是一个设计折衷。

请注意，volatile-qualified 对象在其自己的构造函数或析构函数中也不是 volatile。

Answer 3

Steve Jessop 回答了这个问题，但就其价值而言，这是来自标准的引述（强调我的）：

12.1/4 构造函数不应是虚拟的 (10.3) 或静态的 (9.4)。可以为 const、volatile 或 const volatile 对象调用构造函数。构造函数不得声明为 const、volatile 或 const volatile (9.3.2)。 const 和 volatile 语义 (7.1.6.1) 不适用于正在构建的对象。它们在最派生对象 (1.8) 的构造函数结束时生效。 构造函数不得使用 ref 限定符声明。

所以*this从构造函数的角度来看不是一个常量对象，即使创建了一个常量对象。这本来可以设计不同的，但是常量对象的构造函数会比非常量对象的构造函数更不灵活；例如，他们总是必须初始化初始化列表中的所有成员；他们不能在构造函数的主体中使用循环等来为复杂的成员设置值。