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C++11 利用const_cast和type_traits修改类成员常量的通用模板函数

2015-11-21 11:38 429 查看
对于
const
定义的常量,不能直接修改它的值,这是这个限定符最直接的表现。但是某种情况下我们真的需要突破
const
限定修改其常量,C++11中可以使用
const_cast
转换符是用来移除变量的
const
限定符。关于
const_cast
的用法网上可以找到很多很多,基本的原理就是通过指向常量的指针来修改常量的内容,就像下面这样:

const int c = 21;
//下面三行代码实现修改常量c
const int* c_p = &c; //1.定义一个常量指针
int* m = const_cast<int*>(c_p);//2.将常量指针用const_cast转为一个新的非常量指针
*m = 7;//3.通过指向常量的非常量指针修改常量内容


如果你的代码中有多处用到修改不同类型常量的地方,你就得写很多跟上面相似的3行代码,好烦,能不能简化一下呢?

下面的代码利用C++11中的type_trait(类型萃取)将代码简化为两行,其基本原理是通过指向常量的引用来修改常量的内容

const int c = 21;
//下面两行代码实现修改常量c
auto &r_c =const_cast<typename std::add_lvalue_reference<typename std::remove_const<decltype(c)>::type>::type>(c);//1.定义一个指向常量c的非常量引用
r_c=5;//2.通过指向常量的引用来修改常量的内容


在第一行代码中先用
decltype
获取c的类型,结果是
const int


然后用std::remove_const移除获取的类型的const修饰符,变成
int


然后基于上一步的结果再使用std::add_lvalue_reference给类型添加左值引用,结果是
int&


然后再调用
const_cast
,就是
const_cast<int&>(c);


这里使用了
auto
关键推导
r_c
的类型。这里
r_c
的类型就是
int&
,指向常量
c
的非常量引用。

上面这个复杂的写法主要是为了实现类型无关性,可以不关心
c
的数据类型。

简单的写法是这样的:

const int c = 21;
//下面两行代码实现修改常量c
auto &r_c =const_cast<int&>(c);//1.定义一个指向常量c的非常量引用
r_c=5;//2.通过指向常量的引用来修改常量的内容


通过上面的改进确实把代码简化成了2行。

我们可以把上面的代码写成一个通用的模板函数。。。。以后只要调用模板函数就成了,就可以把代码简化为1行。

#include <type_traits>
/* 修改常量 */
template <typename T>
void inline modify_const(const T& const_var,const T &)noexcept{
auto &ref_var =const_cast<T&>(const_var); //将两个参数都转为非常量引用
auto &ref_new =const_cast<T&>(new_value);
ref_var=std::move(ref_new);// 转为右值,以适合比如unique_ptr这种不提供复制操作符的对象
}
//在 gcc5和vs2015下编译通过


不论
new_value
是个左值还是右值都可以正常调用
modify_const
,模板函数
modify_const
的用法:

const size_t c = 21;
modify_const(c,5ULL);//调用模板函数将常量c的值修改为5,
//注意size_t 在64位系统下定义为unsigned long long,所以这里的参数5必须有类型限定后缀ULL才能与第一个参数的基本类型保持一致,否则编译也不会通过


size_t nv=5;
size_t cv=200;
size_t *const p_c=&nv;
modify_const(p_c,&cv);//修改指针常量


const unique_ptr<int> u1(new int(311));
const unique_ptr<int> u2(new int(511));
modify_const(u1,u2);//修改对象常量


modify_const
只是在C++语法上实现了修改
const
修饰的常量,其实只对类成员常量以及非基本类型的局部常量有效,对于函数局部基本类型常量修改是无效的。下面是完整的验证代码:

//============================================================================
// Name        : TestConst.cpp
// Author      :
// Version     :
// Copyright   : Your copyright notice
// Description : Hello World in C++, Ansi-style
//============================================================================

#include <iostream>
#include <memory>
#include <type_traits>
using namespace std;
/* 修改常量 */
template <typename T>
void inline modify_const(const T& const_var,const T & new_value)noexcept{
auto &ref_var =const_cast<T&>(const_var); //将两个参数都转为非常量引用
auto &ref_new =const_cast<T&>(new_value);
ref_var=std::move(ref_new);// 转为右值,以适合比如unique_ptr这种不提供复制操作符的对象
}
struct class_A{
const int c=21;
};

void test_const(){
const int c=21;
auto &r_c=const_cast<int&>(c);
r_c=5;
cout<<"局部基本类型常量修改测试  c="<<c<<endl;

}
int main() {
class_A a;
auto &r_c=const_cast<int&>(a.c);
r_c=5;
cout<<"类成员常量修改测试 class_A.c="<<a.c<<endl;

test_const();

size_t nv=21;
size_t cv=5;
size_t *const p_c=&nv;
modify_const(p_c,&cv);//修改指针常量
cout<<"局部指针常量修改测试 *p_c="<<*p_c<<endl;
const unique_ptr<int> u1(new int(21));
const unique_ptr<int> u2(new int(5));
modify_const(u1,u2);//修改对象常量
cout<<"局部unique_ptr类常量修改测试 *u1.get()="<<*u1.get()<<endl;
}


类成员常量修改测试 class_A.c=5

局部基本类型常量修改测试 c=21

局部指针常量修改测试 *p_c=5

局部unique_ptr类常量修改测试 *u1.get()=5

从上面的输出第二行可以看出,
int
型的局部常量没有被真正修改。

注意!!!

对于全局常量或类的静态常量成员,因为位于程序的常量存储区,受CPU指令级的内存保护(只读),所以是不能被修改的,虽然修改全局常量或类成员静态常量的代码也能编译通过,但实际运行时会抛出内存访问冲突的异常。参见 《mprotect: 设置内存访问权限》
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