为什么常量方法不能返回非常量引用？

Question

下面的方法getRanks()为什么不能编译？如何优雅地修复它？

我只是想定义一个成员访问器方法，返回对成员的引用。该引用不是const的，因为我可能稍后修改它所引用的内容。但由于成员函数不会修改对象，所以我将其声明为const。然而，编译器（clang，std=c++11）坚持认为存在“引用绑定”会“丢失限定符”的问题。但我没有丢失限定符，是吗？如果是，为什么呢？

struct teststruct{
  vector<int> ranks;
  vector<int>& getRanks()const{
    return ranks;
  }
};

现在，如果我更改返回语句以去除const，则代码将编译：

return const_cast<vector<int>&>(ranks);

但是，“等级”一词本来就不应该是常量，我不明白为什么需要消除常量的const_cast。我甚至不确定这样做是否安全。

无论如何，有没有更简洁的方法来编写此方法？有人能解释为什么这样一个简单的常识方法会失败吗？我确实希望将getRanks()方法声明为“const”，以便我可以从其他const方法中调用它。

- kdog

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teststruct const x; x.getRanks().emplace_back(); -> 未定义行为。 - dyp

Answer 1

const成员函数背后的思想是你应该能够在const对象上调用它们。 const函数无法修改对象。

假设你有一个类：

class A
{
   int data;
   void foo() const
   {
   }
};

关于对象和函数调用：

A const a;
a.foo();

在 A::foo 函数内，this->data 被视为 int const 类型，而不是 int 类型。因此，在 A:foo() 中无法修改 this->data。

对于您的示例，getRanks() 函数中的 this->ranks 类型应视为 const vector<int> 而不是 vector<int>。由于不允许自动转换为 vector<int>&，因此当您将函数定义为以下内容时，编译器会报错：

vector<int>& getRanks()const{
    return ranks;
  }

它不会报错，如果你将函数定义为以下格式：

const vector<int>& getRanks()const{
    return ranks;
  }

由于const vector<int>可以自动转换为const vector<int>&。

- R Sahu

Answer 2

ranks是const的，因为封闭对象(*this)是const的，所以你必须返回一个std::vector<int> const的引用。

如果你想允许客户端修改向量(从而影响成员变量)，那么getter就不应该是const的。请注意，getter本身就很愚蠢，因为ranks已经是一个公共数据成员了。

- user1804599

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如果getter不是const，它就不能从const方法中调用。但我想这样做，有时我想从const方法中调用它，有时从非const方法中调用。 - kdog

请提供上下文，以便我更好地理解需要翻译的内容。 - user1804599

关于 std::vector::operator[] 的内容，请参考链接：http://en.cppreference.com/w/cpp/container/vector/operator_at。 - Joseph Mansfield

Answer 3

你正在返回对teststruct成员ranks的引用。这意味着任何获得此引用的人都可以修改teststruct对象的内部。因此，const是虚假的。

不要强制转换const。相反，决定函数是否应为const并返回ranks的副本或const引用，还是非const并返回可变引用。如果必要，两者都可以有。

- Joseph Mansfield

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但是等一下。我以为在方法声明的分号之前只有一个“const”，这意味着该方法本身不会修改其作为成员函数的对象。如果我没记错的话，Stroustrup的书上就是这么说的。我并没有声明从现在到未来任何使用返回值的方式都不会修改对象。我只是声明该函数本身不会修改对象。而且我确实想返回一个可以修改的引用，而不是副本！另外，const_cast的想法安全吗？ - kdog

@kdog 好吧，这将允许该方法间接地导致对象被修改。const_cast 的想法并不安全，因为编译器可以根据它认为它不会被修改的事实做出假设。 - Joseph Mansfield

与其说“const是一个谎言”，我更倾向于说“const/返回类型破坏了常量正确性”。 - dyp

不，编译器应该在v.push_back(42)行报错，而不是在getRanks()行...尽管我开始看到问题所在。为什么这对我来说如此混乱和反直觉，而对其他人来说却显而易见呢;-) - kdog

@kdog 对于成员函数的 const 意味着该函数被调用的对象是 const 的。换句话说，this 指针是 const 的。因为 this 是 const，所以 this->anything 也是 const 的。虽然 getRanks 不需要返回一个 const &，但是必须返回一个与返回类型相同的对象。 - nwp

@kdog 编译器无法强制执行“不修改某些内容”。在具有指针算术和 const_cast 以实现兼容性的低级语言中，这是不可能的。它必须依赖于您的注释。因此，即使一个不修改对象的函数，如果没有声明为 const，则不能在 const 对象上调用。在这里，情况类似。“const 成员函数不修改其对象”仅仅是一种约定，需要考虑 mutable 对象等情况。 - dyp

Answer 4

它会丢弃限定符，因为您返回对 ranks 的引用。之后的任何代码都可以修改 ranks。例如：

auto v = teststruct.getRanks();
v[1] = 5; //assuming v.size() > 1

你可以通过返回一个副本来解决这个问题：

vector<int> getRanks() const

或者一个 const 引用：

const vector<int>& getRanks() const

如果您想在一个const对象中使ranks可变，您可以这样做：

mutable vector<int> ranks;

- yizzlez

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不，这并不能解决问题，因为我可能希望稍后修改getRanks()返回的引用。我需要两个getRanks，一个是const的，一个不是？我只想声明getRanks()本身不会修改对象。它可以在const方法中调用。 - kdog

不，我不希望等级可变，我希望进行常量检查。 - kdog

那么看起来你需要两个重载函数 vector<int>& getRanks(); 和 const vector<int>& getRanks() const;。 - aschepler