C++為什麼不能修改set裡的值？非要修改怎麼辦？

Posted on by

在上一期C++中 set的用法文章當中講解瞭set的一些常規用法和api，最後末尾的時候留瞭一個問題，如何修改set中的元素？今天就來聊聊這個問題。

很多同學估計會說，這還不簡單，不是有迭代器麼。我們把迭代器當做指針，去修改它指向的值不就行瞭嗎？

like this：

set<string> st{"hello", "world", "good"};
set<string>::iterator it = st.begin();
*it = "test";

但是很遺憾，你真這麼做瞭，會得到一個報錯：

報錯的意思是set的迭代器並沒有重載等於符號，也就是說我們沒辦法使用等於符號來為它賦值。說白瞭，也就是編譯器進行瞭限制，不允許我們對set迭代器的內容進行修改。

Effective C++當中也明確說瞭，不要對set集合中的元素進行修改。

不知道有沒有小夥伴去嘗試，可能有些小夥伴嘗試瞭之後會說不對啊，在我電腦上怎麼能運行？

也很簡單，大概率因為你用的是vc編譯器，比如臭名昭著的VC6.0或者是visual studio IDE（不是VSCode）。微軟的編譯器沒有嚴格遵循C++的標準，在很多地方有些瑕疵和隨意。這也是不推薦使用VC6.0進行C++學習的原因，因為時間久瞭，就把錯的當成對的瞭。

吐槽完畢，回到正題。既然已經知道瞭這樣修改會引發報錯，是不是就已經得到瞭答案瞭呢？

其實並沒有，因為如果我們真的去閱讀C++的標準或者是翻閱set的源碼，會發現其中是沒有明確說明set中的元素是定義成const的。

實際上，std::set<T>聲明一個allocator_type，默認為std::allocator<T>。std::allocator_traits<allocator_type>::construct將它傳遞給T *，從而構造一個T，而不是const T。

說人話就是std::set<T>其實不允許將元素定義成const，既然元素不是const類型，那麼就說明理論上是可以修改的。也就是說C++規范裡說不能改，Effective C++中說建議不要改，但實際上底層的實現裡並沒有嚴格禁止。我們非要改還是有辦法的，那是什麼辦法呢？

老梁縱觀全網博客，也沒有看到一篇把這個問題說清楚。

在我們開始之前，首先思考一個問題，既然set底層源碼當中的元素並不是定義成const，那麼當我們去用迭代器去修改的時候為什麼會報錯呢？

要回答這個問題，我們隻需要查看一下set迭代器的源碼定義即可。

老梁在大牛的源碼分析當中找到瞭一行關鍵的代碼：

原來迭代器的定義是一個const_iterator，搞瞭半天，其實並不是set底層限制瞭禁止修改，而是通過迭代器限制的。所以要想修改set當中的元素，我們隻需要繞開迭代器的這個限制即可。

進一步研究可以發現，它這裡使用的是一個const_iterator，它表示一個指向常量的迭代器，和const iterator不同。後者表示迭代器本身是一個常量，即迭代器本身指向的位置不能修改。而前者表示迭代器指向的位置是一個const常量，迭代器本身可以修改，指向不同的位置，但我們不能修改它指向的位置的值。

const_iterator並沒有嚴格限制隻能指向const修飾的變量，這也就能解釋為什麼set當中的元素沒有const修飾也不會報錯的原因，因為const_iterator兼容這種情況。

const_iterator解引用之後是一個const修飾的變量的引用，所以我們要對它指向的內容進行修改，隻需要將它解引用的結果去除const限制即可。那具體怎麼操作呢，我們可以使用const_cast操作符解除const的限制。

但它也不是萬能的，它隻能使用在引用和指針當中，用來去掉const屬性。

這裡有必要說明一下，在C++當中const修飾符出現的位置不同有不同的含義。以指針舉例，const T* p和T* const p是兩種完全不同的指針，前者表示不能通過指針去修改指向對象的內容。如p->x = 100;這樣的操作都是非法的。而後者表示指針隻能在初始化時設置指向的內容，之後不能修改指向，如p=&t;是非法的。

在當前問題當中，我們想要修改set當中的元素值，遇到瞭const限制，顯然是第一種情況。

有些同學可能會覺得疑惑，我們加上const的目的不就是為瞭對變量做限制，從而可以在編譯的時候通過編譯器來替我們檢查一些非法的操作嗎？既然如此，又為什麼需要去掉呢？

主要的原因是有時候我們手上的變量有const修飾，但是我們想要調用一個函數，而函數的內部會對指針或引用指向的值進行修改。這個時候我們就沒辦法傳入我們手上已有的參數瞭，const_cast操作符設計的初衷就是為瞭應對這種情況。

我們來舉個例子：

void test(int *x) {
 *x = 5;
}

int main() {
 int a = 3;
 const int *p = &a;

 test(p);
 return 0;
}

如果我們編譯上面這段代碼就會遇到編譯器無情地報錯，因為我們在test函數內部修改瞭指針p的指向。

這個時候我們就可以在傳參的時候，使用const_cast操作符來解除掉const的限制。

test(const_cast<int*>(p));

尖括號中是我們要轉換的類型，隻能是指針或引用。如果我們輸出指針p指向的值，會得到5，因為在test函數當中進行瞭修改。

看起來好像很簡單，對吧？

但是我們接下來看兩個例子，可能會令人有些費解：

const int a = 3;
int *r = const_cast<int*>(&a);
(*r)++;
cout << a << endl;

int i = 3;
const int b = i;
int *r2 = const_cast<int*>(&b);
(*r2)++;
cout << b << endl;

這兩段代碼做的事情非常類似，也就是通過const_cast修改瞭一個const修飾的int。唯一的不同是int a是直接賦值成瞭3，而int b是賦值成瞭另外一個也等於3的int。這兩者其實並沒有什麼區別，對吧？但是當我們運行代碼之後，神奇的事情發生瞭，

屏幕上輸出的結果是這樣的：

為什麼一個是3，另外一個是4呢？這兩者的邏輯明明是一樣的！

老梁發現這個問題的時候是完全震驚的，查瞭好久的資料，才從大牛博客的隻言片語當中找到瞭一點描述。原來是編譯器針對第一種情況做瞭優化，因為a初始化時給的是一個常量，所以當我們輸出的時候，編譯器就直接取瞭3代替瞭它實際原本應該的值。

關於這個解釋老梁也不能完全確認，如果有知道的小夥伴不妨在下方留言。

最後， 我們回到正題，如果我們想要修改set當中的元素，可以怎麼操作呢？

我們知道瞭const_cast操作符之後就完全沒有懸念瞭。

set<string> st{"hello", "world", "good"};
set<string>::iterator it = st.begin();
const_cast<string&>(*it) = "test";

for (auto it = st.begin(); it != st.end(); it++) {
    cout << *it << endl;
}

但是我們需要註意一點，我們這樣強行修改其實是沒有經過set原本的機制的。也就是說我們雖然改瞭元素的值，但是它在紅黑樹中的位置其實是沒有變的。這樣的結果就是會導致元素失去有序性，比如上面的結果輸出的順序是：”test","hello","world“，按道理應該是按照字典順序排序的。

這也是為什麼C++ Primer裡強烈建議大傢不要修改set中元素值的原因，如果真的要修改，隻能先刪除再添加瞭。雖然這樣會犧牲一點點性能，但至少可以保證set裡的數據都是安全有序的。

到此這篇關於C++為什麼不能修改set裡的值？非要修改怎麼辦？的文章就介紹到這瞭,更多相關C++修改set裡的值內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet！

推薦閱讀：