如何传递 unique_ptrs 的容器，其中容器、指针和对象不可修改？

Question

我有一个容器 vector，其中有 std::unique_ptr 某种类型。我想要 return 那个容器，但也想强制执行我不希望容器、指针或指向的对象是可修改的。我也不想制作此对象的一些平行副本。我的别名类型类似于：

using container_t = vector<std::unique_ptr<my_type_t>>

所以我想我可以像这样创建另一个别名：

using const_container_t = const vector<std::unique_ptr<const my_type_t>>

并为我的 getter 做一个 reinterpret_cast:

const_container_t& encompassing_type::get_container() const
{
  return reinterpret_cast<const_container_t&>(m_container);
}

我认为这应该可行，但我想知道是否有任何我没有发现的问题，或者是否有其他更好的方法。

我还认为这可能会导致最终版本中出现重复的二进制代码，但由于这些代码很可能是内联的，所以这应该不是问题。

Answer 1

"problem"就是std::unique_ptr::operator*被定义为return一个non-const参考：

std::add_lvalue_reference<T>::type operator*() const

由于它是一个内部 class，您可以使用普通指针并显式管理 life-time，允许您执行类似

的操作

span<my_type_t const> encompassing_type::get_container() const
{
     return span( m_container );
}

Justin 建议使用 span<const my_type_t> 之类的东西来实现指向向量的常量指针视图。你可以例如使用 Boost.Range 和 return 一系列 const 指针：

#include <boost/range.hpp>
#include <boost/range/adaptor/transformed.hpp>

using namespace boost::adaptors;

class X {
public:
   void nonConst() {}
   void constF() const {}
};

class A{
std::vector<std::unique_ptr<X>> v;

    public:
    A() : v(10) {}
    auto get_container() {
        return v | transformed( [](std::unique_ptr<X> const& x) -> X const* {return x.get();});
    }
};

int main()  {
A a;

auto const& v = a.get_container();
a.get_container()[0]->constF();
a.get_container()[0]->nonConst();
    return 0;
}

This should be fairly efficient with an optimizing compiler.

您也可以从 std::vector<std::unique_ptr<my_type_t>> 切换到 boost::ptr_vector<my_type_t>。它还假定拥有指针存储的元素的所有权，但它 return 是 const_reference in operator[] const，因此无法修改对象。

#include <boost/ptr_container/ptr_vector.hpp>

class X {
public:
   void nonConst() {}
};

class A{
boost::ptr_vector<X> v;

    public:
    boost::ptr_vector<X> const& get_container() const {
        return v;
    }
};

int main()  {
A a;

auto const& v = a.get_container();
a.get_container()[0].nonConst();
    return 0;
}

当 get_container() return 是常量引用时，这将保护元素不被修改：

prog.cc:26:1: error: 'this' argument to member function 'nonConst' has type 'const boost::ptr_container_detail::reversible_ptr_container > >, boost::heap_clone_allocator>::Ty_' (aka 'const X'), but function is not marked const a.get_container()[0].nonConst(); ^~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ prog.cc:9:9: note: 'nonConst' declared here void nonConst() {} ^ 1 error generated.

Answer 2

我不想包含 boost 并且 span 不起作用，因为正如@Jens 指出的那样，unique_ptr 不会传播 cv 限定符。此外，即使我确实包含了提升，我也无法为向量中的每个项目获取实际的对象引用，我需要允许我将对象的相对位置与容器中的其他对象进行比较。

所以我选择在 std::unique_ptr 上编写一个包装器，它将传播 cv 限定符。

以下是我的 enable_if.h 文件的摘录，我将其用于比较运算符以限制我必须编写它们的次数：

namespace detail
{
    // Reason to use an enum class rather than just an int is so as to ensure
    // there will not be any clashes resulting in an ambiguous overload.
    enum class enabler
    {
        enabled
    };
}
#define ENABLE_IF(...) std::enable_if_t<__VA_ARGS__, detail::enabler> = detail::enabler::enabled
#define ENABLE_IF_DEFINITION(...) std::enable_if_t<__VA_ARGS__, detail::enabler>

这是我对 c++20 的实现 std::remove_cvref_t:

template <typename T>
using remove_cvref_t = std::remove_cv_t<std::remove_reference_t<T>>;

这里是包装的唯一指针：

template <typename T, typename D = std::default_delete<T>>
class unique_ptr_propagate_cv;

namespace detail
{
    template <typename T, typename D>
    std::unique_ptr<T, D> const& get_underlying_unique_ptr(unique_ptr_propagate_cv<T, D> const& object)
    {
        return object.ptr;
    }
}

template <typename T, typename D>
class unique_ptr_propagate_cv
{
    template <typename T_, typename D_>
    friend std::unique_ptr<T_, D_> const& detail::get_underlying_unique_ptr<T_, D_>(unique_ptr_propagate_cv<T_, D_> const&);

    using base = std::unique_ptr<T, D>;
    base ptr;
public:
    template <typename...Ts>
    unique_ptr_propagate_cv(Ts&&...args) noexcept : ptr(std::forward<Ts>(args)...) {}

    using element_type           = typename base::element_type;
    using deleter_type           = typename base::deleter_type;

    using pointer                = element_type                *;
    using pointer_const          = element_type const          *;
    using pointer_volatile       = element_type       volatile *;
    using pointer_const_volatile = element_type const volatile *;

    using reference                = element_type                &;
    using reference_const          = element_type const          &;
    using reference_volatile       = element_type       volatile &;
    using reference_const_volatile = element_type const volatile &;

    pointer                get()                noexcept { return ptr.get(); }
    pointer_const          get() const          noexcept { return ptr.get(); }
    pointer_volatile       get()       volatile noexcept { return ptr.get(); }
    pointer_const_volatile get() const volatile noexcept { return ptr.get(); }

    pointer                operator->()                noexcept { return ptr.get(); }
    pointer_const          operator->() const          noexcept { return ptr.get(); }
    pointer_volatile       operator->()       volatile noexcept { return ptr.get(); }
    pointer_const_volatile operator->() const volatile noexcept { return ptr.get(); }

    reference                operator[](size_t index)                noexcept { return ptr.operator[](index); }
    reference_const          operator[](size_t index) const          noexcept { return ptr.operator[](index); }
    reference_volatile       operator[](size_t index)       volatile noexcept { return ptr.operator[](index); }
    reference_const_volatile operator[](size_t index) const volatile noexcept { return ptr.operator[](index); }

    reference                operator*()                noexcept { return ptr.operator*(); }
    reference_const          operator*() const          noexcept { return ptr.operator*(); }
    reference_volatile       operator*()       volatile noexcept { return ptr.operator*(); }
    reference_const_volatile operator*() const volatile noexcept { return ptr.operator*(); }

    template <typename T_>
    unique_ptr_propagate_cv& operator=(T_&& rhs)
    {
        return static_cast<unique_ptr_propagate_cv&>(ptr.operator=(std::forward<T_>(rhs)));
    }

    decltype(auto) get_deleter()            const noexcept { return ptr.get_deleter(); }
                   operator bool()          const noexcept { return ptr.operator bool(); }
    decltype(auto) reset(pointer ptr = pointer()) noexcept {        get_base_nonconst().reset(ptr); }
    decltype(auto) release()                      noexcept { return get_base_nonconst().release();  }

};

template <typename T>
struct is_unique_ptr_propagate_cv : std::false_type {};

template <typename T, typename D>
struct is_unique_ptr_propagate_cv<unique_ptr_propagate_cv<T, D>> : std::true_type {};

namespace detail
{
    inline nullptr_t const& get_underlying_unique_ptr(nullptr_t const& object)
    {
        return object;
    }

    template <typename T, typename D>
    std::unique_ptr<T, D> const& get_underlying_unique_ptr(std::unique_ptr<T, D> const& object)
    {
        return object;
    }
}

template <typename L, typename R
    , ENABLE_IF(
           is_unique_ptr_propagate_cv<remove_cvref_t<L>>::value
        || is_unique_ptr_propagate_cv<remove_cvref_t<R>>::value
    )
>
bool operator==(L&& lhs, R&& rhs) noexcept
{
    return detail::get_underlying_unique_ptr(std::forward<L>(lhs))
        == detail::get_underlying_unique_ptr(std::forward<R>(rhs));
}

template <typename L, typename R
    , ENABLE_IF(
           is_unique_ptr_propagate_cv<remove_cvref_t<L>>::value
        || is_unique_ptr_propagate_cv<remove_cvref_t<R>>::value
    )
>
auto operator!=(L&& lhs, R&& rhs) noexcept
{
    return detail::get_underlying_unique_ptr(std::forward<L>(lhs))
        != detail::get_underlying_unique_ptr(std::forward<R>(rhs));
}

template <typename L, typename R
    , ENABLE_IF(
           is_unique_ptr_propagate_cv<remove_cvref_t<L>>::value
        || is_unique_ptr_propagate_cv<remove_cvref_t<R>>::value
    )
>
bool operator<=(L&& lhs, R&& rhs) noexcept
{
    return detail::get_underlying_unique_ptr(std::forward<L>(lhs))
        <= detail::get_underlying_unique_ptr(std::forward<R>(rhs));
}

template <typename L, typename R
    , ENABLE_IF(
           is_unique_ptr_propagate_cv<remove_cvref_t<L>>::value
        || is_unique_ptr_propagate_cv<remove_cvref_t<R>>::value
    )
>
bool operator>=(L&& lhs, R&& rhs) noexcept
{
    return detail::get_underlying_unique_ptr(std::forward<L>(lhs))
        >= detail::get_underlying_unique_ptr(std::forward<R>(rhs));
}

template <typename L, typename R
    , ENABLE_IF(
           is_unique_ptr_propagate_cv<remove_cvref_t<L>>::value
        || is_unique_ptr_propagate_cv<remove_cvref_t<R>>::value
    )
>
bool operator<(L&& lhs, R&& rhs) noexcept
{
    return detail::get_underlying_unique_ptr(std::forward<L>(lhs))
         < detail::get_underlying_unique_ptr(std::forward<R>(rhs));
}

template <typename L, typename R
    , ENABLE_IF(
           is_unique_ptr_propagate_cv<remove_cvref_t<L>>::value
        || is_unique_ptr_propagate_cv<remove_cvref_t<R>>::value
    )
>
bool operator >(L&& lhs, R&& rhs) noexcept
{
    return detail::get_underlying_unique_ptr(std::forward<L>(lhs))
         > detail::get_underlying_unique_ptr(std::forward<R>(rhs));
}

感谢您的帮助并提醒我这只是一个传播问题。

如何传递 unique_ptrs 的容器，其中容器、指针和对象不可修改？

How to pass a container of unique_ptrs where container, ptrs and objects are not modifiable?

c++

stl

containers

const-correctness