仅允许C++成员变量设置一次

Question

我已经有一段时间没有接触 C++ 了，但是当我重新开始写代码时，我想确保自己能够遵循最佳实践，包括保持 const 正确。

我目前正在构建一个游戏框架的代码库，以下是我整理的几个类（出于简化的考虑）：

class Screen
{
public:
    Clear();
}

并且

class Game
{
private:
    Screen* screen;

protected:
    const Screen* GetScreen() const;
}

我为了简洁起见省略了其余内容，但要说的是，Game类负责创建Screen类的实例。一旦创建完成，应仅通过GetScreen()方法访问。

这样做的想法是，当创建新游戏时，我会从这个基类继承，因此，在循环渲染期间，例如我希望清除屏幕以重新绘制下一帧。在上述定义中，Clear()方法不允许在使用GetScreen()方法时调用，因为它不是常量。清除方法实际上会更改类的内部工作方式（因为先前显示的图像被清除），因此我将定义中的const声明留空。如果我将其设置为const，那么我就必须将Screen类的某些内部工作部分设置为mutable，但根据我的阅读，这并不是非常恰当。

所以，我有两个问题。我是否应将void Clear()更改为void Clear() const并使内部工作部分可变？

还是说有另一种选择可以让Game类的成员screen只能由Game类设置一次，以便我可以在程序的其余运行时间访问非常量成员函数？

感谢任何帮助。

- Adam Goss

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看起来你希望 screen 成为 Screen& 或者 Screen* const，而不是 const Screen*。 - Casey

Answer 1

由于Game::screen是私有的，派生类无法访问它。虽然GetScreen()的调用者可以访问Screen对象，但他不能修改Game存储的screen指向的内容。因此，您可以提供以下两个重载函数：

class Game
{
  Screen *screen;

protected:
  const Screen* GetScreen() const;
  Screen* GetScreen();
};

它们都不允许派生类直接修改screen指针本身，因此不能将其“重置”为Game不希望指向的地方。

- Angew is no longer proud of SO

Answer 2

'Const'的概念很有用，可以表示对象的内部状态不应该被修改。

void f(const Object& o)
{
    // 'o' cannot be modified
}

将非静态成员标记为const的能力使您能够强制执行对对象的const引用的持有者不能修改内部状态。例如，在以下场景中，Object具有一个访问器str，它返回对内部状态的引用，该状态具有非常量和常量重载：

struct Object
{
    // non-const: caller can modify internal state
    std::string& str();

    // const: caller cannot modify internal state
    const std::string& str() const;
};

非 const 重载允许修改内部状态，但只能在对对象的非 const 引用上调用；const 重载不允许修改内部状态，并且可以与 const 和非 const 对象引用一起使用。

在您提出的情况中，Game 似乎是一个包含程序中所有内容的单体 单例 对象。如果是这样，那么传递到 Game 的引用 - 或者从它派生的对象 - 是否有用似乎值得怀疑，这使得 const Game& 和 Game& 之间的区别有点无关紧要。如果是这种情况，const-correctness 没有任何用处，如果您将 Game 的所有成员都设置为非 const，则可以避免头痛。

- willj

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我认为我会按照你的建议，将Game的成员变量设置为非const。虽然它不是真正的单例模式，但它实际上是入口点。例如，主函数将创建一个新的Game对象并调用其唯一的公共方法Run()，其余部分将从那里处理。Game的派生类将负责任何其他所需的对象，并且不应需要访问游戏。当我不需要事物是const时，我可能只是过度思考了。 - Adam Goss

Answer 3

我强烈建议您更新C++指针的知识。现在几乎没有理由使用原始指针。

直接回答问题，Game.GetScreen()函数会根据您希望它如何运作而不同地“const”。

如果您返回一个const Screen*，则返回一个指向常量（无法修改）Screen对象的指针。通常您希望使这样的函数成为const，以便可以在const Game对象上调用它。如果有人有一个非const Game对象，则可以通过返回Screen*来允许他们获取屏幕对象，然后进行修改。

话虽如此，我还是要回到我的开头观点，您不应该使用原始指针。

最初，您应该按值存储屏幕对象，并返回引用，从而得到类似于以下内容的类：

Class Game{
    Screen screen;
public:
    const Screen& GetScreen() const{ return screen; }
    Screen& GetScreen(){ return screen; }
};

这看起来像是你在复制Screen对象并返回它，但返回类型确保你返回的是对同一屏幕对象的引用，而不是副本。

如果你真的需要动态创建Screen对象（即，在创建Game对象之前或同时无法创建它），那么你应该使用std::unique_ptr<Screen>。这可以非常类似于原始指针使用，但会为你处理很多功能。然而，你希望共享访问这个Screen指针，所以你可能想使用std::shared_ptr<Screen>并从get函数返回std::weak_ptr<Screen>。weak_ptr可用于允许其他人访问，但你最初的Game对象仍然“拥有”Screen对象。

长话短说，按值存储Screen对象，并返回对它的引用。

- thecoshman