返回指向 const 数据成员的 const 指针和 'auto' 关键字。有点迷茫答案

【问题标题】：Returning a const pointer to a const data member and the 'auto' keyword. A bit confused返回指向 const 数据成员的 const 指针和 'auto' 关键字。有点迷茫
【发布时间】：2015-07-25 11:25:21
【问题描述】：

我最近一直在学习 C++，今天才被介绍到 const 和 const 正确性的概念。为了更好地理解这个理论，我一直在编写一系列简单的程序来确保我正确理解了这个概念。我以为我什么都明白了，但是当在其中一个程序中使用 auto 关键字时，我似乎有点卡住了。

为了测试我是否理解 const 指针的工作原理，我编写了一个简单的程序。我不会费心发布整个事情，因为它只有两个部分是相关的。我有一个具有 int 类型的 const 数据成员的类：

const int tryToChangeMe;

在这个类中，我还有一个成员函数，它返回一个指向上述 const int 的 const 指针：

const int* const MyClass::test()
{
    return &tryToChangeMe;
}

然后在我的主函数中调用上述函数，使用 auto 关键字。为了测试我认为我对 const 的了解是否正确，然后我尝试通过指针重新分配 tryToChangeMe 变量。像这样：

auto temp = myClass.test();
*temp = 100;

正如我所料，由于我在尝试为 const 变量赋值时导致的错误，程序无法编译。然而，我不只是返回一个指向 const 的指针，我返回了一个指向 const 的 const 指针（至少我是这么认为的）做过）。因此，为了测试这一点，我尝试将指针重新分配给一个新的内存地址，并确信我会得到类似的编译错误：

temp = new int;

但相当令人困惑的是，程序编译时没有任何问题。调试器逐步显示，果然，指针丢失了它的原始地址并被分配了一个全新的地址。想知道发生了什么，我碰巧删除了 auto 关键字并将其替换为变量的完整类型：

const int* const temp = myClass.test();

再次测试所有内容后，结果与预期一致，这次我无法将指针重新分配给新地址。

毕竟我想我的问题是，为什么？为什么 auto 关键字允许您绕过指针的 const 限定符？我是不是做错了什么？

顺便说一句，我不确定这是否重要，但我正在使用 Visual Studio 2015 预览版

【问题讨论】：

Herb Sutter 的这篇文章可能会帮助你理解：herbsutter.com/2013/06/07/…
谢谢。现在我了解了顶级 const，事情变得更加清晰。

标签： c++ pointers c++11 constants auto

【解决方案1】：

如前所述，auto 忽略顶级 cv 限定符。阅读this article，详细了解auto 和decltype 的工作原理。

现在，即使 auto 没有忽略 const，在您的情况下，temp 仍然不会是 const，因为返回类型的顶级 cv 限定符是 ignored，如果类型是返回的是非类类型。

g++ 甚至使用-Wextra 产生以下警告

警告：在函数返回类型 [-Wignored-qualifiers] 上忽略类型限定符

这可以通过使用 C++14 的 decltype(auto) 来演示。与auto 不同，decltype(auto) 不会丢弃引用和顶级 cv 限定符。如果您通过添加以下行来修改您的示例，代码仍将编译，证明 temp 不是 const 指针。

decltype(auto) temp = myClass.test();
static_assert(std::is_same<const int*, decltype(temp)>{}, "");

另一方面，如果 test() 返回一个具有顶级 cv 限定符的类类型的对象，那么 auto 仍会丢弃 const，但 decltype(auto) 不会。

Live demo

【讨论】：

【解决方案2】：

原因是auto变量默认不是const。您返回 const 值的事实并不意味着它必须分配给 const 变量；毕竟这个值是复制的（尽管这个值是一个指针）。您也可以使用显式类型规范轻松尝试。 myClass 中存储的值在更改变量 temp 时不会更改，并且指针目标仍然是 const，因此仍然遵守 constness。

【讨论】：

那么，如果我理解正确，这是否意味着返回 const 指针本质上是没有意义的？（没有双关语）
@Pete 如果你想要一个const 指针，然后用const auto 声明它
@Pete 请参阅 here 和 here
@vsoftco 是的，我现在明白了。但是，如果没有 const auto 仍然尊重 constness，那么就没有真正的需要。对吗？
@Pete 问题是const-ness 不被auto 认可，它在执行auto temp 时被丢弃。只要您执行auto& temp，cv 限定符不会被丢弃。在后一种情况下，编译器会进行模式匹配。

【解决方案3】：

当你写作时

auto temp = rhs;

类型推导如下：

如果rhs 是引用，则忽略该引用
rhs 的 顶级 cv(const-volatile)-qualifiers 也被忽略（但是如果你这样做 auto& temp = rhs;，它们不会被忽略；在这种情况下，编译器模式匹配类型）

在您的情况下，右侧的类型是

const int* const
           ^^^^^
           top-level cv qualifier

即const 指向 const-int 的指针。指针与任何其他变量一样，因此它的 const-ness 将被丢弃（从技术上讲，顶级 cv 限定符是 const 并且它被丢弃），因此您最终会推断出 temp 的类型作为

const int*

即指向const-int 的非const 指针，因此可以重新分配。如果要强制执行const-ness，则必须将左侧声明为

const auto temp = myClass.test();
^^^^^
need this

Scott Meyers 对此主题有一个excellent introduction（也可以在他的Effective Modern C++ 书中找到，第1 项和第2 项可免费浏览here），其中他解释了template 类型推断的工作原理。一旦你理解了这一点，理解auto 就轻而易举了，因为auto 类型推导非常接近模板类型推导系统（std::initializer_list<> 除外）。

编辑

还有一个额外的规则

auto&& temp = rhs;

但要了解它，您需要了解how forwarding (universal) references work and how reference collapsing works。

【讨论】：

【解决方案4】：

我将为标准参考搜索者提供标准中的一些正式解释。

板块N4296::7.1.6.4/7 [dcl.spec.auto]

如果占位符是自动类型说明符，则推导的类型是使用模板参数推导规则确定。

现在，模板参数推导N4296::14.8.2/3 [temp.deduct]：

[...] 8.3.5 中描述的函数参数类型调整是执行。

最后是N4296::8.3.5/5 [dcl.fct]

确定每个参数的类型后，任何类型的参数 “T的数组”或“返回T的函数”调整为“指向的指针” T”或“指向返回 T 的函数的指针”。生产后参数类型列表，任何顶级 cv-qualifiers 修改形成函数类型时删除参数类型。

简而言之，是的，在这种情况下，CV 限定符会被忽略。

【讨论】：