对 C++ 中的指向数据强制执行 constness？

Question

让Foo 类有一些 const 和 non-const 方法

struct Foo
{
    Foo ();
    ~Foo();

    void noSideEffect() const;
    void withSideEffect();

};

我还有一个Bar 类，需要以某种方式引用Foo。更准确地说，也许对于这个问题来说太精确了，Bar 实现了运算符|| 和&& 用于联合和交集，所以两个Bar 实例需要知道他们正在处理Foo 的同一个实例。

我找到的最简单的解决方案是使用指向 Foo 对象的指针：

struct Bar
{

   Foo * p_foo;

   Bar (Foo& foo)
     : p_foo(&foo) {};

}

现在两个 bar 实例可以一起玩，看看它们是否都处理同一个 Foo。我几乎很高兴。

但现在我想有时将 Bar 与 const Foo 实例一起使用。好吧，这可能很简单，我只需要创建一个const Bar 实例，对吗？我们去：

const Bar createBarFromConstFoo(const Foo& foo)
{
   Foo* newfoo = const_cast<Foo*>(&foo);
   const Bar newbar (*newfoo);
   return newbar;
}

现在噩梦开始了（见Why doesn't C++ enforce const on pointer data?）。我想我理解为什么（标准是这样说的），我的主要问题是如何最好地应对它。

除了这个标准的小东西，createBarFomConstFoo 几乎可以满足我的要求，因为它返回一个const Bar。 有没有办法防止const Bar 用我的（最初）const Foo 做讨厌的事情（即只调用 Foo 的 const 方法）同时允许非常量 Bar 做所有事情？

也许没有办法做到这一点，这是一个对象设计问题，但我没有看到一个简单的替代方案。

编辑：对于downvoters，你能解释一下原因吗，我也许可以从你的言论中取得进展......

编辑 2：也许混淆 Foo 和 Bar 的真实类是个坏主意，我只是想简化一些事情。

所以Foo 实际上是一个分子（实际上是一种蛋白质），其中包含原子（许多用于蛋白质）。能够选择一些原子是创建 Bar 的原因，它是 SelectionOfAtoms。

有时选择所有的氢原子和氧原子是很方便的，因此 Bar 实现了并集和交集。我希望能够提取这些原子，以便 SelectionOfAtoms 从选定的原子中实现 createNewMolecule() 方法。因此，它需要一种引用原始分子的方法（也许在这里可以使用某种副本，但可能不适用于下面的其他要求）。

但我最近觉得有必要修改选择的原子，同时保持其他原子不变。通过 SelectionOfAtoms (Bar) 进行操作很方便：它已经知道在哪里可以找到原子（使用指针）和这些原子的索引（内部实现细节），所以更改原子所需的一切几乎都已经在这里了，除了我可以要么仅在 Molecule（非 const）上使用 Selection，要么在 const Molecule 上工作而忘记修改它们，或者进入 const_cast 恐怖。

我确信这是一个非常糟糕的设计，但它已经存在，它肯定可以改进很多。

Answer 1

以 STL 为指导，将您的分子视为容器，并将您的选择视为迭代器或迭代器范围。

现在，在这个方案中，对于 const 和非 const 选择/迭代器，您将有单独的类型，这是有道理的，因为它们具有不同的语义。除非选择的代码比您建议的多得多，否则将 constness 作为模板参数可能是一种错误的经济方式。

现在，您从 const 或非 const molecule 开始，并且静态地知道您得到的是 const_selection 或（非 const）selection。

Answer 2

Bar 不是很复杂，可以做成类模板。

template <typename FooType>
struct Bar
{

   FooType * p_foo;

   Bar (FooType& foo)
     : p_foo(&foo) {};

}

template <typename FooType>
Bar<FooType> makeBar(FooType& foo)
{
   return Bar<FooType>(foo);
}