通过非常量引用参数修改 const 引用参数答案

【问题标题】：Modifying const reference argument via non-const reference argument通过非常量引用参数修改 const 引用参数
【发布时间】：2020-10-04 23:32:57
【问题描述】：

考虑以下代码：

#include <iostream>

void f(int const& a, int& b)
{
  b = a+1;
}

int main() {
  int c=2;
  f(c,c);
  std::cout << c << std::endl;
}

函数f 采用两个引用参数：int const& a 和int& b。因此，f 应该不会修改a，但它可以修改b，而且确实可以。
但是，在 main 中，我传递了 same 变量，a 和 b 引用了 both。由于f 修改了b，它也修改了a，它不应该这样做

此代码在没有任何警告的情况下编译并打印3。如果我们单独跟踪每个变量，看起来 const 正确性受到尊重：c 是非常量的，因此将它作为 const 引用传递为 a 以及作为非常量传递是完全可以的引用为b，在f 的主体内，我们修改b，它是非常量的，而不涉及a，它是const。然而，当c 同时用作a 和b 时，a 在f 的主体内被修改，违反a 是const 的假设，即使没有明确的const_cast曾经调用过。

我尽可能简单地制作了这个示例，但人们很容易想到不那么明显的用例（例如作用于非常量引用参数的const 方法）。

我的问题是：

我们真的可以说上面的代码是 const 正确的吗？
上述用例是已知模式吗？这被认为是不好的做法吗？
除了让读者感到困惑之外，上面的代码是否会成为技术问题的根源？例如未定义的行为，或者编译器执行错误的简化假设？

【问题讨论】：

如果使用返回值而不是引用参数会怎样？ c = f(c); 会不会看起来很奇怪？
我的猜测：对于f()，const 的正确性是可以的。它履行了它的承诺：不修改 a 并修改 b。滥用发生在main()（对a 和b 使用相同的变量）。你还能做什么：签入f() 那个&a != &b 和/或评论一个响应。文档中的约束。 f()（如有必要）。
@FredLarson 会有所不同。在我的示例中，我有一个 const 变量正在修改 within 函数。在b = a+1; 之后，a 的值发生了变化。我可以将打印内容放在f 中，以使我的担忧更加明显
我认为教训是返回值比输出参数更清晰。更喜欢他们。
回答您的问题：是的。是的。是的，不如使用返回值。对程序员来说是的；不适合编译器。没有和没有。

标签： c++ pass-by-reference const-correctness pass-by-const-reference

【解决方案1】：

但是，在main 中，我传递了相同的变量，由a 和b 引用。由于f 修改了b，它也修改了a，它不应该这样做

当f 修改b 所指的内容时，它不会修改a。它修改了a 所指的内容，但这没关系，因为b 不是const。只有当您尝试使用 a 修改 a 所指的内容时才会遇到问题。

我们真的可以说上面的代码是 const 正确的吗？

是的。您不修改 const 变量。

除了让读者感到困惑之外，上面的代码是否会成为技术问题的根源？例如未定义的行为，或者编译器执行错误的简化假设？

不，您的代码是合法的，并且会在所有符合标准的编译器上产生相同的结果。

如果不是以const 开头，则常量引用参数不会生成它所引用的const。它所做的只是阻止您使用引用来修改对象。只要不是const 本身，另一个指向该对象的指针或引用仍然可以改变它。

【讨论】：

顺便说一句，它证明了额外间接可能会造成混淆，除了有时效率低下。

【解决方案2】：

是的，代码是 const 正确的，不，这个特定的代码没有未定义的行为。您在这里写的是一个简单的引用别名案例，归结为 pointer aliasing。

话虽如此，这样的别名通常是不可取的，因为对于程序员和编译器来说，推理确实更复杂。此外，这会阻止某些优化，尤其是处理内存块。

【讨论】：

请注意，您所说的优化将被阻止，无论您是否真的对指针进行别名。由于编译器无法知道函数是否会使用别名参数调用，因此在为函数生成代码时，它总是必须假设最坏的情况。这是迄今为止 Fortran（完全禁止指针别名）相对于 C 和 C++ 的主要性能优势之一。
除非编译器对别名进行全局分析，据我所知，许多现代编译器都可以做到（甚至在不同的编译单元之前）。

【解决方案3】：

从 API 的角度来看

void f(int const& a, int& b),

f 承诺不会修改任何内容通过a 引用，因此尊重a 的 const 正确性。此外，它通知用户b，另一方面，很可能被用来修改它所寻址的对象； b 可能会被记录为 [in, out] 参数，或者只是 [out] 参数，以记录到 f。如果b 实际上从未用于修改它所寻址的对象，而且没有其他设计理由成为非常量引用，那么另一方面，这可能是对 const 正确性的（较弱）违反f的实现者。

用户如何使用或误用此 API 超出了 f 本身直接担心的范围，尤其是在做出 API 设计选择之后。然而，任何面向用户的 API 都应该被设计成最小化（考虑到其设计限制）用户在脚上开枪的风险。例如。在这种情况下，可以使用价值语义方法int f(int const& a) 或int f(int copy_in_a) 来构建面向用户的不同且更难滥用的界面。

【讨论】：

【解决方案4】：

这确实是一种不好的做法，因为许多程序员会（错误地）假设int const& a 的值在调用期间确实是恒定的。考虑

void f(int const& a, int& b)
{
  b = a+1;
  if(something) b = a+2;
}

看到b 得到a+3 的值会非常令人惊讶，但如果a 和b 指向同一个变量，就会发生这种情况。

【讨论】：