Question

我正在设计一个API，并正在考虑使用“不可变”结构”或“只读结构”。使用一个简化的示例，它可能类似于：

struct vector {
    const float x;
    const float y;
};

struct vector getCurrentPosition(void);
struct vector getCurrentVelocity(void);

只要我在堆栈上返回不变结构，一切都可以正常工作。但是，在实现以下功能时遇到问题：

void getCurrentPositionAndVelocity(
    struct vector *position,
    struct vector *velocity);

在这一点上，我不想引入一个包含两个向量的新的不可变结构。我也无法做到这一点：

void
getCurrentPositionAndVelocity(
    struct vector *position,
    struct vector *velocity)
{
    *position = getCurrentPosition();
    *velocity = getCurrentVelocity();
}

因为position和velocity是只读的（尽管我安装的clang incorrectly compiles this without warning版本）。

我可以使用memcpy来解决此问题，如下所示：

void
getCurrentPositionAndVelocity(
    struct vector *position,
    struct vector *velocity)
{
    struct vector p = getCurrentPosition();
    struct vector v = getCurrentVelocity();

    memcpy(position, &p, sizeof *position);
    memcpy(velocity, &v, sizeof *velocity);
}

这看起来很糟糕，但我相信它不会误导API用户，vector结构看起来仍然是不变的。为此，我可以另外添加一个必需的初始化程序，在该初始化程序中，仅对具有特殊值的vector结构成功调用此类函数。像这样：

const struct vector * const VECTOR_UNINITIALIZED;

用户应该去的地方

struct vector position = *VECTOR_UNINITIALIZED;
struct vector velocity = *VECTOR_UNINITIALIZED;

在调用getCurrentPositionAndVelocity()之前。在memcpy插入之前，该实现将使用memcmp断言向量确实具有“未初始化的哨兵”值。（为此，我意识到只有在某些确实未使用的值可以充当“未初始化的标记”值的情况下，此方法才有效，但我认为情况就是如此。）

我的问题是，从API用户的角度来看，const关键字的用法是否符合其意图？从编译器的角度来看，是否存在任何风险，因为严格来讲，该代码可能违反了const关键字所指示的只读语义？作为API用户，您对这种方法有什么看法？或者您有什么更好的建议？

Answer 1

TL; DR ：

const关键字的这种用法是否符合其意图？

否。

我的问题是const关键字的用法是否符合从API用户的角度来看，其意图是什么？

我不确定API用户的观点。实际上，您提出的设计似乎可能比平时产生更大的用户视角多样性，因为明显的预期行为与C语言要求不一致。

会不会有任何从编译器的角度来看存在风险，因为该代码可能会严格来讲，违反了只读语义，如 const关键字？

是的。具体来说，

如果试图修改用通过使用带有非const限定的左值的const限定类型类型，行为是不确定的。

（C2011, 6.7.3/6）

发生UB时，编译器可能会做各种有趣的事情。更有可能的是，他们可能会假设某些未定义的行为不会发生。从而，例如，当编译一个调用您的getCurrentPositionAndVelocity()函数的程序时，编译器可能会假定该函数未修改提供给它的结构的const成员。否则尝试修改它们实际上可能会失败。或其他任何东西，实际上是“未定义”的意思。

作为API用户，您对此有何看法方法还是您有什么更好的建议？

我认为我的API提供者应该尽力提供符合语言标准的实现。

此外，我想知道您认为谁通过使结构成员成为const来保护我免受保护，为什么您认为您比我更了解是否应该修改结构成员。我也想知道，为什么有人会认为这种保护足够重要，足以保证参加const结构成员的所有很多问题。

关于更好的建议，只是不让成员成为const会怎么样？它将为您和您的用户节省痛苦。

关于修改，其中添加了对How to initialize const members of structs on the heap的引用，就标准而言，此处讨论的案例与此处考虑的案例有很大不同。动态分配的内存没有声明的类型，但根据已写入的内容和/或访问方式，可能具有有效类型。标准的paragraph 6.5/6中介绍了有关规则，您可以在SO上其他位置的几个答案中找到有关此问题的讨论，例如您在评论中链接的this one。

最重要的是，分配了生存期的对象会从写入的第一个数据中获取其有效类型，并且该首次写入可被视为其有效的初始化（尽管在标准中未使用后者）。随后的操作必须遵守有效类型，包括根据类型paragraph 6.5/7递归地称为{严格别名规则”的约束，包括由于类型本身或其成员的const性引起的约束。

具有静态或自动生存期的对象将其声明的类型作为其有效类型，并具有其初始值设定项（如果有）指定的初始值。它们也必须以与其有效类型一致的方式进行操作。

Answer 2

memcpy(position, &p, sizeof *position);
memcpy(velocity, &v, sizeof *velocity);

您滥用了与编译器的合同。您声明了const，然后尝试解决。 极端不好的做法

只要您不想违反此协议，就不要将结构成员声明为const。

const关键字的这种用法是否符合其意图？

2 个答案: