为什么STL map的[]运算符不是const？

Question

为了提问而虚构的例子：

void MyClass::MyFunction( int x ) const
{
  std::cout << m_map[x] << std::endl
}

由于[]运算符是非const的，所以这段代码将无法编译。

这很不幸，因为[]语法看起来非常简洁。相反，我需要做类似这样的事情：

void MyClass::MyFunction( int x ) const
{
  MyMap iter = m_map.find(x);
  std::cout << iter->second << std::endl
}

这个问题一直让我困扰。为什么[]操作符是非const的？

- Runcible

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如果给定的元素不存在，operator[] 应该返回什么？ - Frerich Raabe

与成员函数 at 相同的是：抛出 std::out_of_range 异常。 - Jean-Simon Brochu

Answer 1

对于 std::map 和 std::unordered_map，如果索引值之前不存在，则 operator[] 会将其插入到容器中。虽然有点不直观，但就是这样。

由于必须允许失败并插入默认值，因此不能在容器的 const 实例上使用该运算符。

http://en.cppreference.com/w/cpp/container/map/operator_at

- Alan

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std::set 没有 operator[]。 - avakar

这是正确的答案，但一个const版本也可以像“at”成员函数一样执行相同的操作。这会抛出一个std::out_of_range异常... - Jean-Simon Brochu

在读取值时，没有默认值可提供。std::vector有一个读取操作符[]，它是const的。map应该做同样的事情。 - wcochran

@Jean-SimonBrochu 在所有容器中的惯例是 at 可能会抛出异常，而 [] 不会。我认为没有必要打破这个惯例。 - Caleth

Answer 2

现在，使用C++11，您可以通过使用at()来获得更清晰的版本。

void MyClass::MyFunction( int x ) const
{
  std::cout << m_map.at(x) << std::endl;
}

- Deqing

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如果map有const和非const的at()函数，为什么operator[]不也是一样呢? 它的const版本不插入任何值，而是抛出异常（或者在std::optional被加入到标准库时返回一个optional）。 - einpoklum

@einpoklum const正确性的重点主要是静态编译时检查。我宁愿让编译器抱怨，也不愿因为我没有正确使用const对象而抛出异常。 - Millie Smith

@einpoklum 很晚了，但是对于其他读者来说：拥有两个负载执行如此不同的操作将是可怕的。at有两种风味的唯一原因是它执行return *this;，而重载之间唯一的区别是返回引用的const性。两个at的实际效果完全相同（即没有效果）。 - HTNW

Answer 3

新读者注意事项。
原问题是关于STL容器（不特定于std::map）的。

需要注意的是，大多数容器都有operator []的const版本。
只是std::map和std::set没有const版本，这是由实现它们的底层结构所决定的。

来自std::vector

reference       operator[](size_type n) 
const_reference operator[](size_type n) const 

对于你的第二个示例，你也应该检查是否未找到元素而导致失败。

void MyClass::MyFunction( int x ) const
{
    MyMap iter = m_map.find(x);
    if (iter != m_map.end())
    {
        std::cout << iter->second << std::endl
    }
}

- Martin York

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std::set 完全没有 operator[]。 - Everyone

Answer 4

由于operator[]可能会向容器中插入一个新元素，因此它不可能是const成员函数。请注意，operator[]的定义非常简单：m[k]相当于(*((m.insert(value_type(k, data_type()))).first)).second。严格地说，这个成员函数是不必要的：它只存在于方便之中。

- Satbir

Answer 5

索引运算符应该只对只读容器进行const限定（在STL中并不存在这样的容器）。

索引运算符不仅用于查看值。

- Nick Bedford

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问题是，为什么它没有两个重载版本 - 一个是const的，另一个是非const的，就像std::vector一样。 - Pavel Minaev

Answer 6

如果您将std::map成员变量声明为可变的

mutable std::map<...> m_map;

在 const 成员函数中，您可以使用 std::map 的非 const 成员函数。

- Anthony Cramp

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这个想法很糟糕。 - GManNickG

如果你这样做，你的类的API将是虚假的。该函数声称它是常量（const）——意思是它不会修改任何成员变量——但事实上它可能会修改m_map数据成员。 - Runcible

“mutable” 可用于像 std::mutex、缓存和调试助手之类的成员。如果要将 map 用作缓存以加速非常昂贵的 const “getter” 函数，则可以使用 mutable。你需要小心，但这本身并不是一个可怕的想法。 - Mark Lakata