使用 const shared_ptr<> 基於范圍的 for 循環

Question

我有一個帶有shared_ptr<>的容器，例如vector<shared_ptr<string>> v並且我想遍歷v指示常量性。

這段代碼：

vector<shared_ptr<string>> v;
v.push_back(make_shared<std::string>("hallo"));
...

for (const auto &s : v) {
    *s += ".";   // <<== should be invalid
}

看起來像我想要做的（表明s是const ）但當然它不會使字符串const 。

有沒有一種優雅的方法來迭代shared_ptr的容器，這清楚地表明內容不會被修改？

就像是

for (shared_ptr<const string> s : v) {
    *s += ".";   // <<== will not compile
}

（但由於其他原因，此代碼無法編譯:)）

編輯：

我犯了一個錯誤。 最初我聲明了一個引用，這會導致編譯器錯誤

for (shared_ptr<const string> &s : v) {   // <<== does not compile
    ...
}

如果您聲明shared_ptr<const string>示例有效。 在我看來，這是一個很好的權衡，但這種方式會復制指針，這在具有少量代碼和大容器的循環中可能會很耗時。

Answer 1

這是 C++ 的一個眾所周知的限制，有些人認為這不是限制。

您想迭代const ly，但不可變指針並不意味着不可變指針。

類型shared_ptr<string>和類型shared_ptr<const string>實際上是不相關的。

選項1

for (const auto& ptr : v) {
    const auto& s = *ptr;

    s += ".";   // <<== is invalid
}

選項 2

只是不要修改它。

Answer 2

這是答案。

但首先，講道：

一個指針和它指向的東西是兩個獨立的對象。 要么，none 或兩者都不是 const，而 const 指針只是意味着它不會指向不同的東西。 如果指針是 const，則對象可能不會通過（可能是非常量）指針更改。

話雖如此，我們 (I) 經常編寫使用unique_ptr或shared_ptr作為 pimpl 的值語義包裝器對象。 通常我們希望將包裝器的常量性傳播到 impl。

我相信 c++17 將通過它的propagate_const指針包裝器解決這個問題。

與此同時，構建自己的很簡單：

#include <iostream>
#include <type_traits>
#include <memory>
#include <string>
#include <vector>

namespace traits
{
    template<class T> struct pointee;
    template<class T, class D>
    struct pointee<std::unique_ptr<T, D>> {
        using type = T;
    };

    template<class T>
    struct pointee<std::shared_ptr<T>> {
        using type = T;
    };

    template<class T> using pointee_t = typename pointee<T>::type;
}

template<class PointerType>
struct propagate_const
{
    using pointer_type = PointerType;
    using element_type = traits::pointee_t<pointer_type>;
    using value_type = std::decay_t<element_type>;
    using reference = value_type&;
    using const_reference = const value_type&;

    propagate_const(pointer_type p) : _ptr(std::move(p)) {}

    const_reference operator*() const {
        return *_ptr;
    }

    auto operator*()
    -> std::enable_if_t<not std::is_const<element_type>::value, reference>
    {
        return *_ptr;
    }

private:
    pointer_type _ptr;
};

template<class PointerType>
auto make_propagating_pointer(PointerType&& p)
{
    return propagate_const<PointerType>(std::forward<PointerType>(p));
}

int main()
{
    using namespace std;

    vector<propagate_const<shared_ptr<string>>> v;
    v.emplace_back(make_shared<string>("hello"));

    for (const auto& p : v)
    {
//        *p += " there";  // compile error
        cout << *p;
        cout << endl;
    }

    for (auto& p : v)
    {
        *p += " there";
        cout << *p;
        cout << endl;
    }

    return 0;
}

預期輸出：

hello
hello there

這個很簡單，只支持operator*但是添加一套完整的operator很簡單。 請注意，當指針為 const 時，我禁用了可變訪問。

參考： http : //en.cppreference.com/w/cpp/experimental/propagate_const

只是為了好玩，這里有一個shared_string類的完整示例，它在內部使用shared_ptr並正確傳播shared_string 。

#include <iostream>
#include <type_traits>
#include <memory>
#include <string>
#include <vector>

template<class PointerType>
struct propagate_const
{
    using pointer_type = PointerType;
    using element_type = std::remove_reference_t<decltype(*std::declval<PointerType&>())>;
    using reference = element_type&;
    using const_reference = const element_type&;

    propagate_const(pointer_type p) : _ptr(std::move(p)) {}

    const_reference operator*() const {
        return *_ptr;
    }

    auto operator*()
    -> std::enable_if_t<not std::is_const<element_type>::value, reference>
    {
        return *_ptr;
    }

private:
    pointer_type _ptr;
};

template<class PointerType>
auto make_propagating_pointer(PointerType&& p)
{
    return propagate_const<PointerType>(std::forward<PointerType>(p));
}

struct shared_string
{
    shared_string(std::string s) : _impl(std::make_shared<std::string>(std::move(s))) {};
    shared_string(std::shared_ptr<std::string> sp) : _impl(sp) {};
    shared_string(propagate_const<std::shared_ptr<std::string>> sp) : _impl(sp) {};

    auto& operator += (const std::string& s) {
        *_impl += s;
        return *this;
    }

    friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const shared_string& ss) {
        return os << *(ss._impl);
    }

private:
    propagate_const<std::shared_ptr<std::string>> _impl;
};

template<class T, std::enable_if_t<std::is_const<T>::value>* = nullptr >
std::string check_const(T&)
{
    return std::string("const");
}

template<class T, std::enable_if_t<not std::is_const<T>::value>* = nullptr >
std::string check_const(T&)
{
    return std::string("not const");
}

int main()
{
    using namespace std;

    // a vector of mutable shared_strings
    vector<shared_string> v;

    // a vector of immutable shared_strings
    vector<const shared_string> cv;

    // make a shared_string
    v.emplace_back(make_shared<string>("hello"));

    // refer to the *same one* in cv
    cv.emplace_back(v[0]);

    for (const auto& p : v)
    {
//        *p += " there";  // immutable reference to mutable shared string - not allowed
        cout << check_const(p) << " " << p;
        cout << endl;
    }

    for (auto& p : v)
    {
        cout << check_const(p) << " " << p;
        p += " there";    // mutable reference to mutable shared string - allowed
        cout << " becomes " << p;
        cout << endl;
    }

    for (auto&p : cv)
    {
        cout << check_const(p) << " " << p;
//        p += " world";     // p is actually immutable because cv contains immutable objects
        cout << endl;
    }

    return 0;
}

預期輸出：

const hello
not const hello becomes hello there
const hello there

Answer 3

我會使用模板方法

template <class T,class F>
void forEach(const std::vector<std::shared_ptr<T>>& vec, F&& f){
  for (const auto& ptr : vec){
      if (ptr){
         f(std::cref(*ptr));
     }
  }
}

我在那里放了一個 lambda 函數，編譯器可能無論如何都會內聯它，所以這里沒有性能損失。