使用 std::unique_ptr / std::shared_ptr const 正确组合

Question

目前我想知道如何正确使用 std::unique_ptr 作为关于 const 正确性的成员变量。

以下示例允许更改 my_foo 拥有的内容，尽管它是常量：

#include <iostream>
#include <memory>

struct foo {
    foo() : value_ptr_(std::make_unique<int>(3)) {}
    void increment() const {
        ++(*value_ptr_);
    }
    int get_value() const {
        return *value_ptr_;
    }
    std::unique_ptr<int> value_ptr_;
};

int main() {
    const foo my_foo;
    std::cout << my_foo.get_value() << std::endl;
    my_foo.increment(); // But my_foo is const!
    std::cout << my_foo.get_value() << std::endl;
}

用 std::make_unique<const T> 替换 std::make_unique<T> 乍一看似乎是个不错的解决方案。但是，这不允许更改 my_foo 的内容，即使它是非常量：

#include <iostream>
#include <memory>

struct foo {
    foo() : value_ptr_(std::make_unique<int>(3)) {}
    void increment() {
        ++(*value_ptr_);
    }
    int get_value() const {
        return *value_ptr_;
    }
    std::unique_ptr<const int> value_ptr_;
};

int main() {
    foo my_foo;
    std::cout << my_foo.get_value() << std::endl;
    my_foo.increment(); // compiler error
    std::cout << my_foo.get_value() << std::endl;
}

在这个最小的例子中有一个指向 int 的指针当然不是很有意义，但在实际代码中 unique_ptr 可以保存一个指向多态的基 class 的指针，即我们无法简单地按值存储的对象。

那么如何更好地处理这种情况？

Answer 1

我这样做的方法是提供一个内部协议，以提供对底层实现的正确引用的访问。

像这样：

struct foo {
    // standard (in your codebase) protocol to express the impl base class
    using underlying_impl = int;

    // standard protocol to express ownership semantics
    using implementation_handle = std::unique_ptr<underlying_impl>;

    // construction via private 'construct' protocol    
    foo() : value_ptr_(construct(3)) {}

    // all internal access to the implementation via a the protocol
    // of get_impl()
    auto operator++() -> foo&
    {
        // not-const - compiles fine
        ++get_impl();
        return *this;
    }

    void increment() const {
// now won't compile - get_impl() propagates const correctly
//        ++get_impl();
    }

private:

    static auto construct(int val) -> implementation_handle
    {
        return std::make_unique<underlying_impl>(val);
    }

    // two versions of get_impl() - const and mutable
    auto get_impl() const -> underlying_impl const&
    {
        return *value_ptr_;
    }

    auto get_impl() -> underlying_impl&
    {
        return *value_ptr_;
    }

    // actual storage of the implementation handle
    implementation_handle value_ptr_;
};

Answer 2

您可以继承 std::unique_ptr 并仅覆盖 3 个（unique_ptr<T[]> 为 4 个）方法，提供 const/non-const 重载：

template <typename T>
struct propagating_unique_ptr : std::unique_ptr<T> {
    using unique_ptr<T>::unique_ptr;
    using unique_ptr<T>::operator =;

    const T *get() const noexcept {
        return unique_ptr<T>::get();
    }
    T *get() noexcept {
        return unique_ptr<T>::get();
    }

    const T &operator *() const noexcept {
        return unique_ptr<T>::operator *();
    }
    T &operator *() noexcept {
        return unique_ptr<T>::operator *();
    }

    const T *operator -> () const noexcept {
        return unique_ptr<T>::get();
    }
    T *operator -> () noexcept {
        return unique_ptr<T>::get();
    }
};

使用 std::unique_ptr / std::shared_ptr const 正确组合

const correct composition using std::unique_ptr / std::shared_ptr

c++

pointers

c++14

constants

const-correctness