CppCoreGuidelines ES.50 不要强制类型转换掉 const

25 April 2023

“Don’t cast away const”

理由

通过强制类型转换把 const 去掉，其实只是制造了一种变量可变的假象。如果实际变量是个常变量，但是你通过强制类型转换去掉了 const ，然后去修改它，结果是未定义的行为。

坏例子

void f(const int& x)
{
    const_cast<int&>(x) = 42;   // BAD
}

static int i = 0;
static const int j = 0;

int main()
{
    f(i); // silent side effect
    cout << "i = " << i <<"\n";
    f(j); // undefined behavior
    cout << "j = " << j <<"\n";
    return EXIT_SUCCESS;
}

i = 42

例子

有时候，你可能会考虑利用const_cast避免重复代码。比如，两个访问函数，分别对应常量和非常量方式访问。

比如以下这种情况：

class Bar;

class Foo {
public:
    // BAD, duplicates logic
    Bar& get_bar()
    {
        /* complex logic around getting a non-const reference to my_bar */
    }

    const Bar& get_bar() const
    {
        /* same complex logic around getting a const reference to my_bar */
    }
private:
    Bar my_bar;
};

为了避免代码重复，一般可以让非常量访问的函数调用常量访问的函数。

class Foo {
public:
    // not great, non-const calls const version but resorts to
    // const_cast
    Bar& get_bar()
    {
        return const_cast<Bar&>(static_cast<const Foo&>(*this).get_bar());
    }
    const Bar& get_bar() const
    {
        /* the complex logic around getting a const reference to my_bar */
    }
private:
    Bar my_bar;
};

如果实现正确，这个模式还是安全可行的。因为发起调用的函数保管一个非-const 的对象。但是不够完美。

另外一个办法，就是把共用部分的代码放进一个辅助函数里，把这个辅助函数设置成模板，这样就不需要const_cast也能推导出两个版本：

class Foo {
public:                         // good
          Bar& get_bar()       { return get_bar_impl(*this); }
    const Bar& get_bar() const { return get_bar_impl(*this); }
private:
    Bar my_bar;

    template<class T>           // good, deduces whether T is const or non-const
    static auto& get_bar_impl(T& t)
        { /* the complex logic around getting a possibly-const
           * reference to my_bar */
        }
};

注意，不要在模板函数中放太多不相关的代码，不然会导致代码膨胀。比如说，后期如果发现有一些共用代码不需要做成模板，就可以提取出来，各自调用，而不要放进模板函数。这样可以降低生成重复的代码。

例外

在调用 const 不正确的函数时候，你可能会把 const 强制转换掉。最好把这些函数限制在一个 inline 的 const 正确的函数中，把类型转换限制在一个地方。

例子

有时候，把 const 转换掉是为了临时更新某个不可变对象。例子有：缓存 caching、备忘 memoization 、以及预计算 precomputation。不过，处理这些例子的更好的方法是使用 mutable或间接访问。

考虑把之前耗费资源的操作计算的结果保存起来使用：

int compute(int x); // compute a value for x; assume this to be costly

class Cache {   // some type implementing a cache for an int->int operation
public:
    pair<bool, int> find(int x) const;   // is there a value for x?
    void set(int x, int v);             // make y the value for x
    // ...
private:
    // ...
};

class X {
public:
    int get_val(int x)
    {
        auto p = cache.find(x);
        if (p.first) return p.second;
        int val = compute(x);
        cache.set(x, val); // insert value for x
        return val;
    }
    // ...
private:
    Cache cache;
};

这里get_val()逻辑上是个常数，所以我们可能想要把它设置为 const 成员。但是，依然需要修改 cache ，所以人们经常用到const_cast：

class X {   // Suspicious solution based on casting
public:
    int get_val(int x) const
    {
        auto p = cache.find(x);
        if (p.first) return p.second;
        int val = compute(x);
        const_cast<Cache&>(cache).set(x, val);   // ugly
        return val;
    }
    // ...
private:
    Cache cache;
};

幸运的是，有更好的方案：把 cache 设置为 mutable 。这样，就算对象 X 是个 const ，你依然能修改 cache 。

class X {   // better solution
public:
    int get_val(int x) const
    {
        auto p = cache.find(x);
        if (p.first) return p.second;
        int val = compute(x);
        cache.set(x, val);
        return val;
    }
    // ...
private:
    mutable Cache cache;
};

An alternative solution would be to store a pointer to the cache:

class X {   // OK, but slightly messier solution
public:
    int get_val(int x) const
    {
        auto p = cache->find(x);
        if (p.first) return p.second;
        int val = compute(x);
        cache->set(x, val);
        return val;
    }
    // ...
private:
    unique_ptr<Cache> cache;
};

这个解决方案更加灵活。但是需要显式地构造和析构*cache。

不管什么情况，我们都需要确保多线程执行的时候， cache 线程安全，可能需要用到std::mutex。

强化

标注 const_casts
此规则适用于类型安全指南集合

technology 487

CppCoreGuidelines 474