std::ranges::views::as_const 和 std::ranges::as_const_view

std::ranges::views::as_const 和 std::ranges::as_const_view 是 C++23 引入的视图适配器，用于生成一个不可变的视图，确保通过该视图访问元素时，元素被视为常量。以下是详细说明和示例：

---

基本概念

• 功能：

  • 将输入范围的元素强制视为 const，防止意外修改。

  • 生成一个惰性视图，不复制数据，仅在访问时应用常量性。

• 输入要求：

  • 输入范围可以是任何类型的范围（如 vector、list 或自定义范围）。

  • 不修改原始数据，仅修改访问权限。

---

函数原型

在标头 <ranges> 定义
template< ranges::view V >     requires ranges::input_range<V> class as_const_view     : public ranges::view_interface<as_const_view<V>>	(1)	(C++23 起)
namespace views {     inline constexpr /* 未指明 */ as_const = /* 未指明 */; }	(2)	(C++23 起)
调用签名
template< ranges::viewable_range R >     requires /* 见下文 */ constexpr ranges::view auto as_const( R&& r );		(C++23 起)

参数与返回值

• 参数：

  • 输入范围 r（需满足 viewable_range）。

• 返回值：as_const_view 对象，表示只读视图。

• 行为：

  • 若输入范围的元素类型已为 const，视图行为不变。

  • 若元素可修改，通过视图访问时变为 const。

数据成员

成员	说明
V base_ (私有)	底层视图 (仅用于阐述的成员对象*)

成员函数

(构造函数)	构造一个 as_const_view (公开成员函数)
base	返回底层视图 V (公开成员函数)
begin	返回 as_const_view 的首迭代器 (公开成员函数)
end	返回 as_const_view 的尾迭代器 (公开成员函数)
size	如果其有界则返回视图的大小 (公开成员函数)
reserve_hint (C++26)	返回底层 approximately_sized_range 的估计大小 (公开成员函数)
继承自 std::ranges::view_interface
empty	返回视图是否为空，仅当视图满足 forward_range 时提供 (std::ranges::view_interface<D> 的公开成员函数)
cbegin (C++23)	返回指向范围起始的常量迭代器 (std::ranges::view_interface<D> 的公开成员函数)
cend (C++23)	返回对应于范围常量迭代器的哨位 (std::ranges::view_interface<D> 的公开成员函数)
operator bool	返回派生视图是否为非空，仅当 ranges::empty 可应用于它时提供 (std::ranges::view_interface<D> 的公开成员函数)
data	返回派生视图的数据的地址，仅当视图的迭代器类型满足 contiguous_iterator 时提供 (std::ranges::view_interface<D> 的公开成员函数)
front	返回派生视图中的首元素，仅当视图满足 forward_range 时提供 (std::ranges::view_interface<D> 的公开成员函数)
back	返回派生视图中的末元素，仅当视图满足 bidirectional_range 与 common_range 时提供 (std::ranges::view_interface<D> 的公开成员函数)
operator[]	返回派生视图中的第 n 个元素，仅当视图满足 random_access_range 时提供 (std::ranges::view_interface<D> 的公开成员函数)

---

示例代码

基础用法：禁止修改元素

#include <ranges>
#include <vector>
#include <iostream>

int main() 
{
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
    auto const_view = vec | std::views::as_const;

    for (const auto& elem : const_view) 
    {
        // elem 类型为 const int&，以下代码将编译失败
        // elem = 10; // Error: 无法修改常量引用
        std::cout << elem << " ";
    }
    // 输出：1 2 3 4 5
}

结合算法确保只读操作

#include <ranges>
#include <vector>
#include <iostream>
#include <algorithm>

void process_data(std::ranges::input_range auto&& r) 
{
    // 确保 r 的元素为只读
    for (const auto& elem : r | std::views::as_const) 
    {
        // elem 不可修改
        std::cout << elem << " ";
    }
}

int main() 
{
    std::vector<int> data = {10, 20, 30};
    process_data(data); // 安全传递只读视图
}

处理嵌套数据结构

#include <ranges>
#include <vector>
#include <list>

int main() 
{
    std::vector<std::list<int>> nested = 
    {
        {1, 2}, {3, 4}, {5, 6}
    };

    auto const_nested = nested | std::views::as_const;

    for (const auto& inner_list : const_nested) 
    {
        // inner_list 是 const std::list<int>&
        for (const auto& num : inner_list) 
        {
            // num 是 const int&
            std::cout << num << " ";
        }
    }
    // 输出：1 2 3 4 5 6
}

高级用法

链式视图操作

#include <ranges>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <iostream>

int main() 
{
    std::vector<int> vec = {5, 3, 4, 1, 2};
    auto view = vec 
        | std::views::filter([](int x) { return x % 2 == 0; }) // 筛选偶数
        | std::views::as_const; // 结果转为只读

    // 尝试修改会编译失败
    // *view.begin() = 10; // Error: 无法修改常量引用

    for (int x : view) 
    {
        std::cout << x << " "; // 输出：4 2
    }
}

处理代理引用（如 vector<bool>）

#include <ranges>
#include <vector>
#include <iostream>

int main() 
{
    std::vector<bool> flags = {true, false, true};
    auto const_flags = flags | std::views::as_const;

    for (const auto& flag : const_flags) 
    {
        // flag 类型为 const bool&（代理引用）
        std::cout << std::boolalpha << flag << " ";
    }
    // 输出：true false true
}

注意事项

1. 常量性传递：

   • 若原始元素已为 const，视图不会改变其行为。

   • 对非 const 元素，视图强制其视为 const。

2. 性能与开销：

   • 惰性求值，无额外内存开销。

   • 仅修改类型系统，运行时无性能损失。

3. 适用场景：

   • 传递范围给函数时强制只读。

   • 在多线程或需要数据不变性时增强安全性。

4. 与 const_cast 的区别：

   • as_const_view 通过类型系统安全地添加常量性，而非强制转换。

---

总结

• std::ranges::views::as_const 提供了一种类型安全的方式，确保通过视图访问的元素不可修改。

• 适用于需要强制数据只读性的场景，增强代码安全性和可维护性。

• 与标准算法和其他视图适配器无缝结合，支持复杂的链式操作。