const_cast是否安全？

Question

我找不到太多关于const_cast的信息。 我唯一能在Stack Overflow上找到的信息是：

const_cast<>()用于添加/删除变量的const(ness)（或volatile-ness）。

这让我很紧张。 使用const_cast会导致意外行为吗？ 如果是这样，会发生什么情况？

或者，什么时候可以使用const_cast？

- Mag Roader

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顶部答案忽略了一个可能非常明显但值得说明的事情：只有当你试图通过一个去除了const属性的引用/指针来修改原始的“const”对象时，它才会变得不安全。如果相反，你只是使用const_cast来解决一个API规范（在我这种情况下是懒散的）只接受非“const”引用但仅将在“const”方法中使用的问题…那就没有任何问题。 - underscore_d

@underscore_d：一个更精确的问题（和答案）是：只要不实际修改，是否允许在const定义的对象上强制转换const？ - Peter Cordes

这个回答解决了您的问题吗？只要不实际修改，就可以将const定义的对象强制转换为非const吗？ - Thomas Weller

Answer 1

const_cast只有在你转换的变量原本不是const的情况下才是安全的。例如，如果你有一个函数，其参数为const char *，而你传入了一个可修改的char *，那么将该参数重新转换为char *并对其进行修改是安全的。但是，如果原始变量实际上是const，那么使用const_cast将导致未定义行为。

void func(const char *param, size_t sz, bool modify)
{
    if(modify)
        strncpy(const_cast<char *>(param), sz, "new string");
    printf("param: %s\n", param);
}

...

char buffer[16];
const char *unmodifiable = "string constant";
func(buffer, sizeof(buffer), true);  // OK
func(unmodifiable, strlen(unmodifiable), false); // OK
func(unmodifiable, strlen(unmodifiable), true);  // UNDEFINED BEHAVIOR

- Adam Rosenfield

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不正确。这是C++标准中的内容。§7.1.​5.1/4说道：“除了任何声明为mutable (7.1.1)的类成员可以被修改之外，在其生命周期内试图修改const对象都会导致未定义行为。” 任何尝试！没有提到原始变量的任何字眼。 - Alexey Malistov

@Alexey：原始的变量是关于所指或所引用的内容。您可以对非const对象进行const引用，因此将其转换为可写引用是良好定义行为，因为所引用的对象实际上不是const。 - Puppy

@Alexey Malistov：不行。 "object" 指的是在内存中实际占用的存储区域（§1.7）。对非 const 对象取 const 引用并不会使对象变为 const。只有在 const 引用 参数（而不是 const 指针参数）的情况下，编译器才可以默默地进行复制（§5.2.2/5）；但这里不是这种情况。 - Adam Rosenfield

这个说法是错误的。然而，如果原始变量确实是const类型，那么使用const_cast将导致未定义的行为。 - Lightness Races in Orbit

使用const_cast从最初声明为const的对象中去除const并不属于未定义行为。但是，实际尝试写入该对象将导致未定义行为。只要你只是读取该对象，那么你就没有问题，const_cast本身并不会引起未定义行为。这是一个可怕的想法，但它本身并不会导致未定义行为。 - Jesper Juhl

Answer 2

我可以想到两种情况下const_cast是安全和有用的（可能还有其他有效的情况）。

一种情况是当您有一个常量实例、引用或指针，并且您想要传递一个指向不符合const规定的API的指针或引用，但您确定该API不会修改对象。您可以使用const_cast转换指针并将其传递给API，相信它不会真正改变任何东西。例如：

void log(char* text);   // Won't change text -- just const-incorrect

void my_func(const std::string& message)
{
    log(const_cast<char*>(&message.c_str()));
}

另一种情况是如果您使用的是不支持'mutable'的旧编译器，并且您想创建一个在逻辑上是const但不是位元const的类。您可以在const方法中使用const_cast 'this'并修改类成员。

class MyClass
{
    char cached_data[10000]; // should be mutable
    bool cache_dirty;        // should also be mutable

  public:

    char getData(int index) const
    {
        if (cache_dirty)
        {
          MyClass* thisptr = const_cast<MyClass*>(this);
          update_cache(thisptr->cached_data);
        }
        return cached_data[index];
    }
};

- Fred Larson

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这个...似乎并没有回答这个问题。他问的是const_cast是否会导致未定义的行为，而不是它有什么有用的应用。 - Michael Mrozek

什么情况下可以使用 const_cast？ - Fred Larson

就像“何时它不是未定义的”一样；他不是在寻找它有用的例子。 - Michael Mrozek

我们只能固守问题的内容。基于此，提供一个 const_cast 的示例用法是一个有效的答案。问题中没有“他”，因为问题本身就是主语。 - daparic

Answer 3

我很难相信这是你能在const_cast上找到的唯一信息。引用自第二个Google搜索结果:

如果你强制转换一个明确声明为常量的对象，并试图修改它，结果是未定义的。

然而，如果你强制转换一个未经显式声明为常量的对象的常量性，你可以安全地修改它。

- Rob Kennedy

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非常好的答案，将其与此答案结合起来，你就能得到整个画面。 - bobobobo

关于你回答中的第二个语句，我想问一下，如果一个对象在一开始没有被明确声明为const，那么它怎么会有“const”属性呢？ - hAcKnRoCk

有很多方法可以使一个非const对象成为const，@Iam。例如，将对象作为const引用参数传递。或将其分配给指向const的指针。或使用const_cast。或调用一个const方法。 - Rob Kennedy

Answer 4

Adam说的话。另一个const_cast有帮助的例子：

struct sample {
    T& getT() { 
        return const_cast<T&>(static_cast<const sample*>(this)->getT()); 
    }

    const T& getT() const { 
       /* possibly much code here */
       return t; 
    }

    T t;
};

我们首先将类型 this 指向的内容添加 const，然后调用 getT 的 const 版本，最后我们从返回值类型中删除 const，由于 t 必须是非 const 的（否则就不能调用非 const 版本的 getT），这是有效的。如果您有一个庞大的函数体并且想要避免冗余代码，则此方法非常有用。

- litb

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我更倾向于使用 static_cast 来添加 const 属性：static_cast<const sample*>(this)。当我看到 const_cast 时，意味着代码可能存在潜在的危险，因此我尽可能避免使用它。 - mfazekas

没错，第一个可以使用static_cast，甚至可以使用boost的implicit_cast。我会使用static_cast进行修复。谢谢。 - Johannes Schaub - litb

我对const_cast和static_cast哪个更好一直有不同的看法。const_cast只能做你想要的事情：改变cv限定符。而static_cast则可能会“默默地”执行其他你不打算进行的操作。然而，第一个转换完全是安全的，static_cast通常比const_cast更安全。我认为这是一个场景，const_cast更能表达你的意图，但static_cast更能传达你的行动安全性。 - David Stone

Answer 5

简短回答是不安全的。

长话短说，如果您足够了解如何使用，则应该是安全的。

当您进行类型转换时，实际上是在说：“我知道编译器不知道的东西。”在const_cast的情况下，您要表达的是：“即使这个方法接受一个非const的引用或指针，我知道它不会改变我传递的参数。”

因此，如果您确实知道自己在使用转换时所声称的内容，那么使用它是可以的。

- JohnMcG

Answer 6

如果您开始修改编译器认为是常量的内容，那么您将破坏线程安全性的任何可能性。

- Matt Cruikshank

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什么？如果您有不可变（const）对象，您可以在线程之间轻松地共享它们。一旦您的代码将const状态转换为非const状态，您就会失去所有线程安全性！为什么我因此被降低评分？叹气 - Matt Cruikshank

Const在编写线程安全代码时确实是一个有用的工具，但它并不提供任何保证（除了编译时常量的情况）。举两个例子：一个const对象可能具有可变成员，而拥有一个指向对象的const指针并不意味着该对象本身不会发生改变。 - James Hopkin

我认为这是一个好答案，因为我没有考虑到编译器优化器在您使用“const”一词时的信任和安全感。const是信任。const_cast则破坏了这种信任:( - bobobobo

关于可变性和线程安全：http://channel9.msdn.com/posts/C-and-Beyond-2012-Herb-Sutter-You-dont-know-blank-and-blank - MFH