礦坑系列 ── 四個你不該用 "const" 的時機

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四個你不該用 "const" 的時機

source：C++ Weekly - Ep 75 - Why You Cannot Move From Const

source：C++ Weekly - Ep 322 - Top 4 Places To Never Use "const"

主要原因是因為 const 會破壞移動，看看這個例子：

#include <iostream>

struct S
{
  S() { puts("S()"); }
  S(const S &) { puts("S(const S &)");}
  S(S&&) noexcept { puts("S(S&&)"); }
  ~S() { puts("~S()"); }
  S &operator=(const S &) { puts("operator=(const S &)"); return *this; }
  S &operator=(S &&) noexcept { puts("operator=(S &&)"); return *this; }
};

int main()
{
  S s1;
  S t1 = std::move(s1);    // rvalue reference, called move

  const S s2;
  S t2 = std::move(s2);    // const rvalue reference, called S(const S&), which is copy

  S s3;
  S &&r1 = std::move(s3);    // ok

  const S s4;
  // S&& r2 = std::move(s4); // error
  const S &&r2 = std::move(s4);
}

由於 std::move() 基本上是在做轉型，這會保留 const 的修飾，因此若原物件有 const 修飾，就需要使用 const rvalue reference 來做繫結，也因此他會無法去呼叫移動建構子，破壞了移動

由此可知 const 也會破壞隱式移動(implicit move)，有關隱式移動，可以去看之前寫得值類別篇。這邊 Jason Turner 給了四個要注意不該使用 const 的例子：

當 function 回傳 non-reference type 時，return type 不應該用 const 修飾

寫在 return type 的 const 大部分的時候都會被忽略，有時候甚至會破壞效能，如這邊提到的它會破壞隱式移動，看看這段 code：

#include <iostream>

struct S
{
  S() { puts("S()"); }
  S(const S &) { puts("S(const S &)");}
  S(S&&) noexcept { puts("S(S&&)"); }
  ~S() { puts("~S()"); }
  S &operator=(const S &) { puts("operator=(const S &)"); return *this; }
  S &operator=(S &&) noexcept { puts("operator=(S &&)"); return *this; }
};

// will called copy
const S make_value()
{
  return S{};
}

// will called move
S make_value2()
{
  return S{};
}

int main()
{
  puts("s");
  S s;
  s = make_value();

  puts("\ns2");
  S s2;
  s2 = make_value2();

  puts("\nend");
}

輸出：

s
S()
S()
operator=(const S &)
~S()

s2
S()
S()
operator=(S &&)
~S()

end
~S()
~S()

這邊有兩個 function，上面那個在 return type 上有 const 修飾，下面的沒有。你可以看見上面那個使用的是 copy，而下面那個使用的是 move

原因就如前面所述，一旦加上了 const，reference 要連結時就變成要使用 const rvalue reference，但通常 const rvalue reference 並不會有用處(幾乎沒意義，很多餘)，因此通常我們函式不會實作 const rvalue reference 的版本，也因此會去呼叫複製，破壞了隱式移動

當然，const rvalue reference 偶爾會有用就是了，真的很偶爾

額外閱讀：Do rvalue references to const have any use?

需要隱式移動時，回傳的變數不該用 const 修飾

原因一樣是因為會破壞隱式移動，看看這個例子：

#include <iostream>

struct S
{
  S() { puts("S()"); }
  S(const S &) { puts("S(const S &)");}
  S(S&&) noexcept { puts("S(S&&)"); }
  ~S() { puts("~S()"); }
  S &operator=(const S &) { puts("operator=(const S &)"); return *this; }
  S &operator=(S &&) noexcept { puts("operator=(S &&)"); return *this; }
};

S make_value(bool flag)
{
  if (flag) {
    const S s;    // bad use of const
    return s;
  }
  else {
    const S s2;    // bad use of const
    return s2;    // 直接回傳 S{} 會更好，因為有 Copy Elision
  }
}

int main(int argc, const char *[])
{
  S s = make_value(argc == 1);
}

輸出：

S()
S(const S &)
~S()
~S()

function 內回傳的是有名物件，因此套用的是 NRVO，但因為有 branch，因此編譯器會嘗試去做隱式移動，然而一樣由於無法利用 rvalue reference 去做連結，因此無法套用移動，導致去呼叫了 copy

在你可能需要直接回傳的 non-trivial 參數上，不應該用 const 修飾

原因跟前面都一樣，因為會破壞隱式移動，看這個例子：

#include <iostream>

struct S
{
  S() { puts("S()"); }
  S(const S &) { puts("S(const S &)");}
  S(S&&) noexcept { puts("S(S&&)"); }
  ~S() { puts("~S()"); }
  S &operator=(const S &) { puts("operator=(const S &)"); return *this; }
  S &operator=(S &&) noexcept { puts("operator=(S &&)"); return *this; }
};

S make_value(const S s)    // return statement make this bad use of `const`
{
  return s;    // because we return it, const is bad in function definition!
}

int main(int argc, const char *[])
{
  S s = make_value(S{});
}

輸出：

S()
S(const S &)
~S()
~S()

當然我們可能會使用 const reference，那就沒關係，但這邊討論的是一般的 pass by value 的狀況

額外閱讀：What is a non-trivial constructor in C++?

Data member 不應該用 const 修飾

這點就比較有趣了，如果你的 data member 有 const 修飾，那這不只會破壞掉隱式移動，也有可能會破壞掉 assignment 的語意，看看這個例子：

 #include <iostream>
struct S
{
  S() { puts("S()"); }
  S(const S &) { puts("S(const S &)");}
  S(S&&) noexcept { puts("S(S&&)"); }
  ~S() { puts("~S()"); }
  S &operator=(const S &) { puts("operator=(const S &)"); return *this; }
  S &operator=(S &&) noexcept { puts("operator=(S &&)"); return *this; }
};
struct Data {
  const S s;
};

int main(int argc, const char *[])
{
  Data d;
  Data d2 = std::move(d);    // the member `s` will be copied
}

輸出：

S()
S(const S &)
~S()
~S()

上例中你可以看見 s 使用的並不是 move 而是 copy，這跟我們大部分時候預期的不太一樣，除非你有特殊用途

這在我們要使用 STL 容器時會有些問題：

#include <iostream>
#include <vector>

struct S
{
  S() { puts("S()"); }
  S(const S &) { puts("S(const S &)");}
  S(S&&) noexcept { puts("S(S&&)"); }
  ~S() { puts("~S()"); }
  S &operator=(const S &) { puts("operator=(const S &)"); return *this; }
  S &operator=(S &&) noexcept { puts("operator=(S &&)"); return *this; }
};

struct Data {
  const S s;
};

int main(int argc, const char *[])
{
  std::vector<Data> data;
  data.emplace_back();
  data.emplace_back();
  data.emplace_back();
}

輸出：

S()
S()
S(const S &)
~S()
S()
S(const S &)
S(const S &)
~S()
~S()
~S()
~S()
~S()

因為我們把隱式移動給破壞掉了，導致在 resize 容器時會需要整個複製，如果 s 沒有加上 const，輸出會是：

S()
S()
S(S&&)
~S()
S()
S(S&&)
~S()
S(S&&)
~S()
~S()
~S()
~S()