const 正确性和返回值 - C++

Question

请考虑以下代码。

struct foo
{
};

template<typename T>
class test
{
public:   

    test() {} 

    const T& value() const
    {
        return f;
    }

private:
    T f;
};


int main()
{
    const test<foo*> t;
    foo* f = t.value();
    return 0;
}

t 是一个const 变量，value() 是一个返回const T& 的常量成员函数。 AFAIK，const 类型不能分配给非常量类型。但是foo* f = t.value(); 如何编译得很好。这是怎么发生的？如何确保value() 只能分配给const foo*？

编辑

我发现，这是在使用模板时发生的。以下代码按预期工作。

class test
{
public:   

    test() {} 

    const foo* value() const { return f; }

private:
    foo* f;
};


int main()
{
    const test t;
    foo* f = t.value(); // error here
    return 0;
}

为什么在使用模板时会出现问题？

Answer 1

因为您有两个间接级别 - 在您的主函数中，对 value 的调用返回对指向非 const foo 的 const 指针的引用。

这可以安全地复制到指向非常量foo的非常量指针中。

如果您将test 实例化为const foo *，那就另当别论了。

const test<const foo*> t;
foo* f = t.value(); // error
const foo* f = t.value(); // fine
return 0;

更新

来自评论：

value() 返回 const T& 可以 只能分配给另一个 const 类型。但在这种情况下，编译器是 安全地允许转换。

只能读取常量数据。它不能被写入（“变异”）。但是复制一些数据是一种读取方式，所以没关系。例如：

const int c = 5;
int n = c;

在这里，我在c 中有一些 const 数据，我将这些数据复制到了一个非常量变量 n 中。没关系，它只是读取数据。 c 中的值没有被修改。

现在，假设您的 foo 中有一些数据：

struct foo { int n; };

如果我有一个指向其中之一的非常量指针，我可以通过指针修改n 值。您要求您的 test 模板存储指向非 const foo 的指针，然后创建 test 的 const 实例。因此，只有指针地址是恒定的。没有人可以更改存储在test 内部的指针中的地址，因此无法使其指向另一个对象。但是，它指向的对象可以修改其内容。

更新 2：

当您制作示例的非模板版本时，您犯了一个错误。为了正确，您需要将foo * 替换为每个有T 的地方。

const T& value() const

请注意，您在此处引用了 const T。所以返回值将是对某个 const 的引用：afoo *。只有指针地址不能修改。它指向的对象可以修改其内容。

在您的第二个示例中，您去掉了引用部分，这改变了含义并使const 修饰符应用于指针指向的对象，而不是应用于指针本身。

Answer 2

使用以下模板特化：

template<typename T>
class test<T*>
{
public:

    test() {}

    const T* value() const
    {
        return f;
    }

private:
    T* f;
};

在包含这个之后，g++ 说：

d.cpp: In function ‘int main()’:
d.cpp:41: error: invalid conversion from ‘const foo*’ to ‘foo*’

Answer 3

您的代码没有任何问题，对指针的 const 引用仅意味着您不能修改指针，但指向的对象仍然是完全可变的。如果在main 函数中尝试更改t 的f 成员指向的地址，您会发现不能：完全保留了封装。

这与使以下代码有效的原理相同：

void foo(std::vector<int *> const & v)
{
    *v[0] = 0; // op. [] returns const & to int *
}

刚接触 C++ 的人通常会对这种行为感到惊讶，因为对他们来说 const 向量不应该允许修改其元素。事实上它不会，因为存储在向量中的指针不会改变（它一直指向同一个地址）。修改的是指向的对象，但向量并不关心。

唯一的解决方案是按照 Amit 所说的去做，并为 T* 提供专业化课程。