通过非const引用参数修改const引用参数

Question

考虑以下代码：

#include <iostream>

void f(int const& a, int& b)
{
  b = a+1;
}

int main() {
  int c=2;
  f(c,c);
  std::cout << c << std::endl;
}

• f接受两个引用类型参数：int const& a和int& b。因此，f不应该修改a，但是可以修改b，实际上它确实这样做了。
• 然而，在main函数中，我传递了同一个变量，分别由a和b引用。由于f修改了b，也就修改了a，尽管不应该这样做。

这段代码编译时没有任何警告，并打印出3。如果我们单独跟踪每个变量，看起来const正确性得到了尊重：c是非const的，因此将其作为a的const引用以及作为非const引用的b是完全可以的，在f函数体内修改b（非const），同时不触及const的a。然而，当c被同时用作a和b时，在f函数体内修改了a，违反了a是const的假设，即使没有明确调用const_cast。

我尽可能简化了这个例子，但人们很容易想到不太明显的用例（例如在非const引用参数上执行const方法）。

我的问题是：

• 我们真的可以说上面的代码是const正确的吗？
• 上述用例是已知的模式吗？它被认为是一种不良实践吗？
• 除了对读者来说令人困惑外，上述代码还可能是技术问题的源头吗？例如未定义的行为或编译器进行错误的简化假设？

- Gabriele Buondonno

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如果您使用返回值而不是引用参数，会怎样呢？ c = f(c); 看起来会很奇怪吗？ - Fred Larson

我的猜测是：对于 f()，const 的正确性是可以的。它做到了它承诺的不修改 a 并修改 b。滥用发生在 main() 中（对于 a 和 b 使用同一变量）。你还能做什么：在 f() 中检查 &a != &b，并/或在 f() 的文档中标注相应的约束（如果必要）。 - Scheff's Cat

我认为这个教训是返回值比输出参数更清晰。建议使用返回值。 - Fred Larson

回答你的问题：是的。是的。是的，但不如使用返回值。对于程序员来说是的；对于编译器来说是否定的。不是和不是。 - Eljay

@Scheff，不，我认为这不会改变任何事情，在右手边的b的值将简单地是2，它将用于计算，结果将是b=5。我本可以写成b=3，我的问题仍然是一样的，我只是写了a+1，以便编译器不会抱怨未使用的变量。 - Gabriele Buondonno

Answer 1

但是在main中，我传递了同一个变量，它被a和b引用。由于f修改了b，它也修改了a，这本不应该发生。

当f修改b所引用的内容时，并不会修改a。它只会修改a所引用的内容，但这没问题，因为b并不是const。只有当你试图通过使用a来修改a所引用的内容时才会出现问题。

我们真的能说上述代码是符合常量性正确的吗？

可以。您没有修改一个常量变量。

除了对读者具有迷惑性之外，上述代码可能成为技术问题的来源吗？例如未定义行为或编译器进行错误简化假设等。

否，您的代码是合法的，在所有符合规范的编译器上将产生相同的结果。

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常量引用参数不会使其所引用的对象成为const，如果该对象一开始就没有被声明为const的话。它只会阻止您使用引用来修改对象。只要另一个指针或引用不是const本身，它仍然可以更改该对象。

- NathanOliver

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顺便提一下，它表明额外的间接引用可能会让人困惑，而且有时效率也不高。 - Deduplicator

Answer 2

是的，这段代码是符合const正确性的，同时也没有未定义行为。你所写的是一个简单的引用别名情况，本质上可以归结为底层的指针别名。

话虽如此，像这样的别名通常是不可取的，因为它确实更加复杂，无论是对程序员还是编译器来说。此外，这会阻止某些优化，特别是处理内存块的优化。

- jvd

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请注意，无论您是否实际上为指针设置别名，您所谈论的优化都将被阻止。由于编译器无法知道函数是否将使用别名参数调用，因此在为函数生成代码时，它总是必须假设最坏情况。这是Fortran（完全禁止指针别名）至今仍然比C和C ++具有的主要性能优势之一。 - ComicSansMS

除非编译器进行全局别名分析，据我所知，许多现代编译器可以做到这一点（甚至在不同的编译单元之前）。 - Hans Olsson

Answer 3

从API角度来看

void f(int const& a, int& b), 

f承诺不通过a引用修改任何内容，因此尊重对a进行的const修饰。它还向用户提示，另一方面，b很可能用于修改其所指对象；b可能会被记录为f的一个[in, out]参数或只是一个[out]参数。如果b实际上从未用于修改其所指对象，并且没有其他设计原因成为非const引用，那么这可能是f实现者（较弱的）破坏const的行为。

如何使用或滥用此API对于f本身是不直接关心的，特别是在其API设计选择已经完成后。然而，任何面向用户的API都应该被设计为在设计约束下最小化用户操作风险。例如，在这种情况下，可以使用值语义方法int f(int const& a)或int f(int copy_in_a)来构建不同且更难受到滥用的接口。

- dfrib

Answer 4

这确实是一个不好的做法，因为许多程序员会（错误地）假设在调用期间int const& a的值确实是常量。请考虑。

void f(int const& a, int& b)
{
  b = a+1;
  if(something) b = a+2;
}

如果a和b指向同一变量，那么看到b获取a+3的值将会非常惊讶。

- Dmitry Grigoryev