通过间接示例解释 C++ 可变性

Question

在 C++ 编程语言第 4 版的第 16.2.9.4 节“间接可变性”中有一个使用间接而不是 mutable 关键字进行惰性求值的例子的草图。

struct cache {
    bool valid;
    string rep;
};
 
class Date {
public:
    // ...
    string string_rep() const;
private:
    cache * c;    // initialize in constructor
    void compute_cache_value() const;
    // ...
};
 
string Date::string_rep() const {
    if (!c->valid) {
        compute_cache_value();
        c->valid = true;
    }
    return c->rep;
}

Full runnable example.

解释不多：

Declaring a member mutable is most appropriate when only a small part of a representation of small object is allowed to change. More complicated cases are often better handled by placing the changing data in a separate object and accessing it directly.

我正在寻找更完整的解释。特别是，

什么是小约束？是内存少还是逻辑少？
在构造函数中初始化 c 不会（在不平凡的程度上）打败懒惰吗？也就是说，它确实可以为您提供许多永远不需要的功能。
为什么 c 是裸指针而不是像 unique_ptr 这样的东西？前面的章节做了一些努力来演示异常安全和 RAII。
如果无论如何都要在构造函数中分配和初始化 c，为什么不直接使用 mutable cache c 成员呢？

换句话说，这是一个真实的模式还是一个人为的例子来证明间接性与常量性？

Answer 1

"smallness constraint" 并不是真正的约束，只是提示如何编写代码（与使用的内存没有太大关系）。如果你有一个包含 30 个成员的 class，其中 20 个是可变的，那么将它分成两个 class 可能更有意义（一个用于可变部分，一个用于其余部分）。

为什么它不是智能指针：不知道，但可能是书作者太累了：p

为什么它是一个指针：你是对的，没有必要。制作一个没有任何指针的可变缓存对象也可以，如果不需要任何类似指针的东西（比如从外部获取现有对象），指针只会增加另一种制造错误的可能性。

Answer 2

^{警告：以下文字对战场程序员没有任何实用价值，而不是对程序员-哲学家或普通哲学家。另外，我是 Bjarne Stroustrup 的忠实粉丝，我的观点可能有偏见。不幸的是，Whosebug 格式不适合书籍讨论。}

^{此外，我们正在讨论关于常量可变性的棘手问题，我们应该对编译器和 class 用户撒谎。并且没有单一的正确意见。我已准备好接受评论和投票 ;)}

简而言之：

你可能没有理解惰性初始化的确切含义（可能是因为书中没有正确选择术语）^{与 RAII 一样，我们知道 Bjarne 不擅长选择术语 ;)}
在写一本关于编程的书时，需要做出的决定很少。所以有些问题归结为 "How to write a book?" 而不是 "How to write production code?".

长：

What is the smallness constraint? Is it a small amount of memory or a small amount of logic?

我将再次引用 Bjarne：

Declaring a member mutable is most appropriate when only a small part of a representation of small object is allowed to change

我认为他在这里的意思是 "small number of data members"。通过将数据成员分组到单独的 class 中进行重构通常是一个很好的建议。 "appropriate" 和 "small" 之间的比率是多少？你自己决定（给定一个真正的问题，一个分析器工具和 memory/speed/battery_life/money/client_happiness 等的约束）
Doesn't initializing c in the constructor defeat (to a nontrivial degree) the laziness? That is, it does work you many never need.

好吧，延迟初始化是指每次用户请求字符串时 非计算 正确的字符串值（即 compute_cache_value()），但仅在真正需要时。不是用空字符串初始化，对吧？ ^{(std::string 在构造时初始化为空字符串)}

16.2.9.3 和 16.2.9.4 章 Bjarne 的代码中没有任何构造函数！而且您也不会在代码的构造函数中计算字符串，而是使用空字符串文字对其进行初始化。所有计算都延迟到最后一刻。所以，惰性初始化在这里非常适合我。

^{作为进一步的过早优化，如果你想要真正的惰性初始化，你可能会离开cache* 指针在构造函数中未初始化，并在第一次 Date::string_rep() 调用时分配。如果您的缓存很大并且用户从不需要它，这将是一堆安全的堆。通过这种方式，您可以将计算包装在 cache 构造函数中，从而将惰性评估呈现为真正的惰性初始化}
Why is c a naked pointer instead of something like unique_ptr? The previous chapters went to a bit of effort to demonstrate exception safety and RAII.

在"C++ Programming Language, 4th edition"第17章介绍了智能指针，我们正在谈论第16章。另外，描述可变性并不重要，只要你设法[就不会带来任何好处delete 在析构函数中。另一件事是作者会在本章中解释为什么你可以改变 smart_ptr cache 拥有的资源，在 const 方法中只有常量 smart_ptr 对象，这将引入描述运算符重载 ^{（大多数高级 Java 和 Python 程序员会在那个地方扔掉这本书 ;)).}

^{除此之外，这通常是一个难题。首先，Bjarne Stroustrup 的书籍主要被视为教材或指南。那么，在教新人的时候，我们应该先跳到智能指针还是先教原始指针呢？我们应该立即使用标准库还是留到最后几章再使用？ C++14 从头开始还是从 "C+" 开始？谁知道？还有一个称为 "over-usage of smart pointers" 的问题，特别是 shared_ptr.}
Why not just have a mutable cache c member if you're going to allocate and initialize c in the constructor anyway?

16.2.9.3中描述的就是这样吧？

~~并在此处添加一个间接级别是替代解决方案（显示 "there is no universal solutions for all purposes"）和这个惊人引用的演示：~~

~~All problems in computer science can be solved by another level of indirection, except for the problem of too many layers of indirection. – David J. Wheeler~~

没有。正如用户 xan 所阐明的那样，16.9.3 是关于多个可变成员的，而单个 mutable struct 将提供一些关注点分离。

希望您喜欢阅读！

通过间接示例解释 C++ 可变性

Explain C++ Mutability through Indirection example

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