Как передать контейнер unique_ptrs, где контейнер, ptrs и объекты не могут быть изменены?

Question

У меня есть контейнер vector который имеет std::unique_ptr какого-то типа. Я хочу вернуть этот контейнер, но также хочу убедиться, что я не хочу, чтобы контейнер, указатель или объект, на который указывает объект, были модифицируемыми. Я также не хочу делать несколько параллельных копий этого объекта. Мой тип псевдонима будет что-то вроде:

using container_t = vector<std::unique_ptr<my_type_t>>

Поэтому я думаю, что я мог бы сделать еще один псевдоним, как это:

using const_container_t = const vector<std::unique_ptr<const my_type_t>>

и сделать reinterpret_cast для моего добытчика:

const_container_t& encompassing_type::get_container() const
{
  return reinterpret_cast<const_container_t&>(m_container);
}

Я думаю, что это должно сработать, но мне интересно, есть ли какие-то ошибки, которых я не вижу, или есть какой-то другой лучший способ сделать это.

Я также предположил бы, что это может привести к дублированию двоичного кода в окончательной сборке, но, поскольку они, скорее всего, встроены в любом случае, это не должно быть проблемой.

Answer 1

Я не хотел включать повышение и span не будет работать, потому что, как указал @Jens, unique_ptr не распространяет квалификаторы cv. Кроме того, даже если бы я включил надстройку, я не смог бы получить фактическую ссылку на объект для каждого элемента в векторе, что мне понадобилось бы, чтобы я мог сравнивать относительные местоположения объекта с другими в контейнере.

Поэтому я решил вместо этого написать обертку std::unique_ptr который будет распространять квалификаторы cv.

Ниже приводится выдержка из моего enable_if.h файл, который я использую для операторов сравнения, чтобы ограничить, сколько раз я должен написать их:

namespace detail
{
    // Reason to use an enum class rather than just an int is so as to ensure
    // there will not be any clashes resulting in an ambiguous overload.
    enum class enabler
    {
        enabled
    };
}
#define ENABLE_IF(...) std::enable_if_t<__VA_ARGS__, detail::enabler> = detail::enabler::enabled
#define ENABLE_IF_DEFINITION(...) std::enable_if_t<__VA_ARGS__, detail::enabler>

Вот моя реализация с ++20-х годов std::remove_cvref_t:

template <typename T>
using remove_cvref_t = std::remove_cv_t<std::remove_reference_t<T>>;

А вот и завернутый уникальный ptr:

template <typename T, typename D = std::default_delete<T>>
class unique_ptr_propagate_cv;

namespace detail
{
    template <typename T, typename D>
    std::unique_ptr<T, D> const& get_underlying_unique_ptr(unique_ptr_propagate_cv<T, D> const& object)
    {
        return object.ptr;
    }
}

template <typename T, typename D>
class unique_ptr_propagate_cv
{
    template <typename T_, typename D_>
    friend std::unique_ptr<T_, D_> const& detail::get_underlying_unique_ptr<T_, D_>(unique_ptr_propagate_cv<T_, D_> const&);

    using base = std::unique_ptr<T, D>;
    base ptr;
public:
    template <typename...Ts>
    unique_ptr_propagate_cv(Ts&&...args) noexcept : ptr(std::forward<Ts>(args)...) {}

    using element_type           = typename base::element_type;
    using deleter_type           = typename base::deleter_type;

    using pointer                = element_type                *;
    using pointer_const          = element_type const          *;
    using pointer_volatile       = element_type       volatile *;
    using pointer_const_volatile = element_type const volatile *;

    using reference                = element_type                &;
    using reference_const          = element_type const          &;
    using reference_volatile       = element_type       volatile &;
    using reference_const_volatile = element_type const volatile &;

    pointer                get()                noexcept { return ptr.get(); }
    pointer_const          get() const          noexcept { return ptr.get(); }
    pointer_volatile       get()       volatile noexcept { return ptr.get(); }
    pointer_const_volatile get() const volatile noexcept { return ptr.get(); }

    pointer                operator->()                noexcept { return ptr.get(); }
    pointer_const          operator->() const          noexcept { return ptr.get(); }
    pointer_volatile       operator->()       volatile noexcept { return ptr.get(); }
    pointer_const_volatile operator->() const volatile noexcept { return ptr.get(); }

    reference                operator[](size_t index)                noexcept { return ptr.operator[](index); }
    reference_const          operator[](size_t index) const          noexcept { return ptr.operator[](index); }
    reference_volatile       operator[](size_t index)       volatile noexcept { return ptr.operator[](index); }
    reference_const_volatile operator[](size_t index) const volatile noexcept { return ptr.operator[](index); }

    reference                operator*()                noexcept { return ptr.operator*(); }
    reference_const          operator*() const          noexcept { return ptr.operator*(); }
    reference_volatile       operator*()       volatile noexcept { return ptr.operator*(); }
    reference_const_volatile operator*() const volatile noexcept { return ptr.operator*(); }

    template <typename T_>
    unique_ptr_propagate_cv& operator=(T_&& rhs)
    {
        return static_cast<unique_ptr_propagate_cv&>(ptr.operator=(std::forward<T_>(rhs)));
    }

    decltype(auto) get_deleter()            const noexcept { return ptr.get_deleter(); }
                   operator bool()          const noexcept { return ptr.operator bool(); }
    decltype(auto) reset(pointer ptr = pointer()) noexcept {        get_base_nonconst().reset(ptr); }
    decltype(auto) release()                      noexcept { return get_base_nonconst().release();  }

};

template <typename T>
struct is_unique_ptr_propagate_cv : std::false_type {};

template <typename T, typename D>
struct is_unique_ptr_propagate_cv<unique_ptr_propagate_cv<T, D>> : std::true_type {};

namespace detail
{
    inline nullptr_t const& get_underlying_unique_ptr(nullptr_t const& object)
    {
        return object;
    }

    template <typename T, typename D>
    std::unique_ptr<T, D> const& get_underlying_unique_ptr(std::unique_ptr<T, D> const& object)
    {
        return object;
    }
}

template <typename L, typename R
    , ENABLE_IF(
           is_unique_ptr_propagate_cv<remove_cvref_t<L>>::value
        || is_unique_ptr_propagate_cv<remove_cvref_t<R>>::value
    )
>
bool operator==(L&& lhs, R&& rhs) noexcept
{
    return detail::get_underlying_unique_ptr(std::forward<L>(lhs))
        == detail::get_underlying_unique_ptr(std::forward<R>(rhs));
}

template <typename L, typename R
    , ENABLE_IF(
           is_unique_ptr_propagate_cv<remove_cvref_t<L>>::value
        || is_unique_ptr_propagate_cv<remove_cvref_t<R>>::value
    )
>
auto operator!=(L&& lhs, R&& rhs) noexcept
{
    return detail::get_underlying_unique_ptr(std::forward<L>(lhs))
        != detail::get_underlying_unique_ptr(std::forward<R>(rhs));
}

template <typename L, typename R
    , ENABLE_IF(
           is_unique_ptr_propagate_cv<remove_cvref_t<L>>::value
        || is_unique_ptr_propagate_cv<remove_cvref_t<R>>::value
    )
>
bool operator<=(L&& lhs, R&& rhs) noexcept
{
    return detail::get_underlying_unique_ptr(std::forward<L>(lhs))
        <= detail::get_underlying_unique_ptr(std::forward<R>(rhs));
}

template <typename L, typename R
    , ENABLE_IF(
           is_unique_ptr_propagate_cv<remove_cvref_t<L>>::value
        || is_unique_ptr_propagate_cv<remove_cvref_t<R>>::value
    )
>
bool operator>=(L&& lhs, R&& rhs) noexcept
{
    return detail::get_underlying_unique_ptr(std::forward<L>(lhs))
        >= detail::get_underlying_unique_ptr(std::forward<R>(rhs));
}

template <typename L, typename R
    , ENABLE_IF(
           is_unique_ptr_propagate_cv<remove_cvref_t<L>>::value
        || is_unique_ptr_propagate_cv<remove_cvref_t<R>>::value
    )
>
bool operator<(L&& lhs, R&& rhs) noexcept
{
    return detail::get_underlying_unique_ptr(std::forward<L>(lhs))
         < detail::get_underlying_unique_ptr(std::forward<R>(rhs));
}

template <typename L, typename R
    , ENABLE_IF(
           is_unique_ptr_propagate_cv<remove_cvref_t<L>>::value
        || is_unique_ptr_propagate_cv<remove_cvref_t<R>>::value
    )
>
bool operator >(L&& lhs, R&& rhs) noexcept
{
    return detail::get_underlying_unique_ptr(std::forward<L>(lhs))
         > detail::get_underlying_unique_ptr(std::forward<R>(rhs));
}

Спасибо за вашу помощь и напомнил мне, что это была просто проблема распространения.

Answer 2

Проблема в том, что std::unique_ptr::operator* определяется для возврата неконстантной ссылки:

std::add_lvalue_reference<T>::type operator*() const

Поскольку это внутренний класс, вы можете использовать простые указатели и явно управлять временем жизни, что позволяет вам делать что-то вроде

span<my_type_t const> encompassing_type::get_container() const
{
     return span( m_container );
}

Джастин предлагает использовать что-то вроде span<const my_type_t> реализовать представление постоянных указателей на ваш вектор. Например, вы можете сделать это с Boost.Range и вернуть диапазон константных указателей:

#include <boost/range.hpp>
#include <boost/range/adaptor/transformed.hpp>

using namespace boost::adaptors;

class X {
public:
   void nonConst() {}
   void constF() const {}
};

class A{
std::vector<std::unique_ptr<X>> v;

    public:
    A() : v(10) {}
    auto get_container() {
        return v | transformed( [](std::unique_ptr<X> const& x) -> X const* {return x.get();});
    }
};

int main()  {
A a;

auto const& v = a.get_container();
a.get_container()[0]->constF();
a.get_container()[0]->nonConst();
    return 0;
}

Это должно быть довольно эффективно с оптимизирующим компилятором.

Вы также можете переключиться с std::vector<std::unique_ptr<my_type_t>> в boost::ptr_vector<my_type_t>, Он также предполагает владение элементами, хранящимися в указателе, но возвращает const_reference в operator[] const такие, что объекты не могут быть изменены.

#include <boost/ptr_container/ptr_vector.hpp>

class X {
public:
   void nonConst() {}
};

class A{
boost::ptr_vector<X> v;

    public:
    boost::ptr_vector<X> const& get_container() const {
        return v;
    }
};

int main()  {
A a;

auto const& v = a.get_container();
a.get_container()[0].nonConst();
    return 0;
}

Это защитит элементы от изменения, когда get_container() возвращает константную ссылку:

prog.cc:26:1: ошибка: 'this' аргумент функции-члена 'nonConst' имеет тип 'const boost::ptr_container_detail::reversible_ptr_container > >, boost::heap_clone_allocator>::Ty_' (также известный как const X'), но функция не помечена const a.get_container()[0].nonConst(); ^~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ prog.cc:9:9: примечание: объявленное здесь "nonConst" void nonConst() {} ^ 1 сгенерирована ошибка.