C/C++编程：常量成员函数与mutable

灰太狼 2022-11-22 12:48 187阅读 0赞

我们可以定义具名的常量对象或者变量对象。换句话说，一个名字指向既可以是一个保存**不可变值**的对象，也可以是一个保存**可变值**的对象。

为了使得不可变性不局限于内置类型的简单常量的定义，我们必须能定义可操作用户自定义const对象的函数。对独立函数而言，这意味着函数可接受const T&参数。对类而言，这意味着我们斌能定义操作const对象的成员函数。

# 常量成员函数 #

class Date{
        
        int y, m, d;
    public:
        int day() const {
        return d;}
        int month() const {
        return m;}
        int year() const;
        void add_year(int n) {
          y += n ;};
    };

函数声明中(空)参数列表后的const指出这些函数不会修改Date的状态。

自然的，编译期会捕获试图违法此承诺的代表，比如：

int Date::year() const {
        
        return ++y;   // 错误，试图在const函数中改变成员值
    }

当const成员函数在类外时，必须使用const后缀：

int Date::year() {
          // 错误，在成员函数类型中漏掉了const
        return y;   
    }

const和非const对象都可以调用const成员函数，而非const成员函数只能被非const对象调用：

void f(Date &d, const Date &cd){
        
         d.year();
         d.add_year(1);
         
         cd.year();
         cd.add_year(1);  // error, 不能改变const Date的值
    }

# 物理常量性和逻辑常量性 #

有时，**一个成员函数逻辑上是const，但是它仍然需要改变成员的值。即对一个用户而言，函数看起来不会改变起对象的状态，但它更新了用户不能直接观察的某些细节**。这通常叫做**逻辑常量性**。比如，**类Date可能有一个返回字符串表示的函数，构造这个字符串表示非常耗时，因此，保存一个拷贝，在反复要求获取字符串表示时可以简单的返回此包括（除非Date的值已经被改变）**，这就很有意义了。更复杂的数据结构常使用这种缓存值的技术，现在我们来讨论如何对Date使用这个技术：

class Date{
        
    public:
    	string string_rep() const;
    private:
    	bool cache_valid;
    	string cache;
    	void compute_cache_value();  //填入缓存
    };

从用户的角度来看，string\_rep并没有改变起Date的状态，因此它显然应该是一个const成员函数。但是另一方面，有时必须改变成员cache和cache\_valid，这种设计才能生效。

此问题也可以通过使用类型转换来解决，比如const\_cast。但是，也存在非常优雅的，不破坏类型规则的方法。

# mutable #

我们可以将一个类成员定义为mutable，表示即使是在const对象中，也可以修改此成员：

class Date{
        
    public:
    	string string_rep() const;  //字符串表示
    private:
    	mutable bool cache_valid;
    	mutable string cache;
    	void compute_cache_value() const;  //填入(可变的)缓存
    };
    
    string::Date::string_rep() const{
        
    	if(!cache_valid){
        
    		compute_cache_value();
    		cache_valid = true;
    	}
    	return cache;
    };
    
    void f(Daye d, const Date cd){
        
    	d.string_rep();   //ok
    	cd.string_rep();  //ok
    }

# 间接访问实现可变性 #

对于小对象的表示形式只有一小部分允许改变的形式，将成员声明为mutable是最合适的。但在更复杂的情况下，通常更好的方式是将需要改变的数据放在一个独立对象中，间接的访问它们：

struct cache{
        
    	bool cache_valid;
    	string rep;
    };
    
    class Date{
        
    public:
    	string string_rep() const;  //字符串表示
    private:
    	cache * c;  //在构造函数中初始化
    	void compute_cache_value() const;  //填入cache指向的内存
    };
    
    string::Date::string_rep() const{
        
    	if(!c->valid){
        
    		compute_cache_value();
    		c->valid = true;
    	}
    	return c->rep;
    }

这种支持缓存的编程技术可以推广到各种形式的懒惰求值。

注意：const不能(传递)应用到通过指针或者引用访问的对象。程序的读者可能会认为这种对象是”某种子对象“，但是编译期不能将这种指针或引用与其他指针或引用区分开来。即一个成员指针没有任何与其他指针不同的特殊语义。