Как избежать дублирования в константных и неконстантных функциях-членах

Как избежать дублирования в константных и неконстантных функциях-членах

Использование mutable – замечательное решение проблемы, когда побитовая константность вас не вполне устраивает, но оно не устраняет всех трудностей, связанных с const. Например, представьте, что operator[] в классе TextBlock (и CTextBlock) не только возвращает ссылку на соответствующий символ, но также проверяет выход за пределы массива, протоколирует информацию о доступе и, возможно, даже проверяет целостность данных. Помещение всей этой логики в обе версии функции operator[] – константную и неконстантную (даже если забыть, что теперь мы имеем необычно длинные встроенные функции – см. правило 30) – приводит к такому вот неуклюжему коду:

class TextBlock {

public:

...

const char& operator[](std::size_t position) const

{

... // выполнить проверку границ массива

... // протоколировать доступ к данным

... // проверить целостность данных

return text[position];

}

char& operator[](std::size_t position) const

{

... // выполнить проверку границ массива

... // протоколировать доступ к данным

... // проверить целостность данных

return text[position];

}

private:

std:string text;

};

Ох! Налицо все неприятности, связанные с дублированием кода: увеличение времени компиляции, размера программы и неудобство сопровождения. Конечно, можно переместить весь код для проверки выхода за границы массива и прочего в отдельную функцию-член (естественно, закрытую), которую будут вызывать обе версии operator[], но обращения к этой функции все же будут дублироваться.

В действительности было бы желательно реализовать функциональность operator[] один раз, а использовать в двух местах. То есть одна версия operator[] должна вызывать другую. И это подводит нас к вопросу об отбрасывании константности.

С самого начала отметим, отбрасывать константность нехорошо. Я посвятил целое правило 27 тому, чтобы убедить вас не делать этого, но дублирование кода – тоже не сахар. В данном случае константная версия operator[] делает в точности то же самое, что неконстантная, и отличие между ними – лишь в присутствии модификатора const. В этой ситуации отбрасывать const безопасно, поскольку пользователь, вызывающий неконстантный operator[], так или иначе должен получить неконстантный объект. Ведь в противном случае он не стал бы вызывать неконстантную функцию. Поэтому реализация неконстантного operator[] путем вызова константной версии – это безопасный способ избежать дублирования кода, даже пусть даже для этого требуется воспользоваться оператором const_cast. Ниже приведен получающийся в результате код, но он станет яснее после того, как вы прочитаете следующие далее объяснения:

class TextBlock {

public:

...

const char& operator[](std::size_t position) const // то же, что и раньше

{

...

...

...

return text[position];

}

char& operator[](std::size_t position) const // теперь просто

// вызываем const op[]

{

return

const_cast<char&>( // из возвращаемого типа

// op[] исключить const

static_cast<const TextBlock&>(*this) // добавить const типу

// *this

[position] // вызвать константную

); // версию op[]

}

...

};

Как видите, код включает два приведения, а не одно. Мы хотим, чтобы неконстантный operator[] вызывал константный, но если внутри неконстантного оператора [] просто вызовем operator[], то получится рекурсивный вызов. Во избежание бесконечной рекурсии нужно указать, что мы хотим вызвать const operator[], но прямого способа сделать это не существует. Поэтому мы приводим *this от типа TextBlock& к const TextBlock&. Да, мы выполняем приведение, чтобы добавить константность! Таким образом, мы имеем два приведения: одно добавляет константность *this (чтобы был вызван const operator[]), а второе – исключает const из типа возвращаемого значения.

Приведение, которое добавляет const, выполняет безопасное преобразование (от неконстантного объекта к константному), поэтому мы используем для этой цели static_cast. Приведение же, которое отбрасывает const, может быть выполнено только с помощью const_cast, поэтому у нас здесь нет выбора. (Строго говоря, выбор есть. Приведение в стиле C также работает, но, как я объясняю в правиле 27, такие приведения редко являются правильным рещением. Если вы не знакомы с операторами static_cast или const_cast, прочитайте о них в правиле 27.)

Помимо всего прочего, в этом примере мы вызываем оператор, поэтому синтаксис выглядит немного странно. Возможно, этот код не займет приз на конкурсе красоты, зато позволяет достичь нужного эффекта – избежать дублирования посредством реализации неконстантной версии operator[] в терминах константной. И хотя для достижения цели пришлось воспользоваться неуклюжим синтаксисом, который сможете понять только вы сами, однако техника реализации неконстантных функций-членов через неконстантные определенно заслуживает того, чтобы ее знать.

А еще нужно иметь в виду, что решать эту задачу наоборот – путем вызова неконстантной версии из константной – неправильно. Помните, что константная функция-член обещает никогда не изменять логическое состояние объекта, а неконстантная не дает таких гарантий. Если вы вызовете неконстантную функцию из константной, то рискуете получить ситуацию, когда объект, который не должен модифицироваться, будет изменен. Вот почему этого не следует делать: чтобы объект не изменился. Фактически, чтобы получить компилируемый код, вам пришлось бы использовать const_cast для отбрасывания константности *this, а это явный признак неудачного решения. Обратная последовательность вызовов – такая, как описана выше, – безопасна. Неконстантная функция-член может делать все, что захочет с объектом, поэтому вызов из нее константной функции-члена ничем не грозит. Потому-то мы и применяем к *this оператор static_cast, отбрасывания константности при этом не происходит.

Как я уже упоминал в начале этого правила, модификатор const – чудесная вещь. Для указателей и итераторов; для объектов, на которые ссылаются указатели, итераторы и ссылки; для параметров функций и возвращаемых ими значений; для локальных переменных, для функций-членов – всюду const ваш мощный союзник. Используйте его, где только возможно. Вам понравится!

Что следует помнить

• Объявление чего-либо с модификатором const помогает компиляторам обнаруживать ошибки. const можно использовать с объектами в любой области действия, с параметрами функций и возвращаемых значений, а также с функциями-членами в целом.

• Компиляторы проверяют побитовую константность, но вы должны программировать, применяя логическую константность.

• Когда константные и неконстантные функции-члены имеют, по сути, одинаковую реализацию, то дублирования кода можно избежать, заставив неконстантную версию вызывать константную.