C++为什么不能修改set里的值?非要修改怎么办?

在上一期C++中 set的用法文章当中讲解了set的一些常规用法和api，最后末尾的时候留了一个问题，如何修改set中的元素？今天就来聊聊这个问题。

很多同学估计会说，这还不简单，不是有迭代器么。我们把迭代器当做指针，去修改它指向的值不就行了吗？

like this：

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

但是很遗憾，你真这么做了，会得到一个报错：

报错的意思是set的迭代器并没有重载等于符号，也就是说我们没办法使用等于符号来为它赋值。说白了，也就是编译器进行了限制，不允许我们对set迭代器的内容进行修改。

Effective C++当中也明确说了，不要对set集合中的元素进行修改。

不知道有没有小伙伴去尝试，可能有些小伙伴尝试了之后会说不对啊，在我电脑上怎么能运行？

也很简单，大概率因为你用的是vc编译器，比如臭名昭著的VC6.0或者是visual studio IDE（不是VSCode）。微软的编译器没有严格遵循C++的标准，在很多地方有些瑕疵和随意。这也是不推荐使用VC6.0进行C++学习的原因，因为时间久了，就把错的当成对的了。

吐槽完毕，回到正题。既然已经知道了这样修改会引发报错，是不是就已经得到了答案了呢？

其实并没有，因为如果我们真的去阅读C++的标准或者是翻阅set的源码，会发现其中是没有明确说明set中的元素是定义成const的。

实际上，std::set<T>声明一个allocator_type，默认为std::allocator<T>。std::allocator_traits<allocator_type>::construct将它传递给T *，从而构造一个T，而不是const T。

说人话就是std::set<T>其实不允许将元素定义成const，既然元素不是const类型，那么就说明理论上是可以修改的。也就是说C++规范里说不能改，Effective C++中说建议不要改，但实际上底层的实现里并没有严格禁止。我们非要改还是有办法的，那是什么办法呢？

老梁纵观全网博客，也没有看到一篇把这个问题说清楚。

在我们开始之前，首先思考一个问题，既然set底层源码当中的元素并不是定义成const，那么当我们去用迭代器去修改的时候为什么会报错呢？

要回答这个问题，我们只需要查看一下set迭代器的源码定义即可。

老梁在大牛的源码分析当中找到了一行关键的代码：

原来迭代器的定义是一个const_iterator，搞了半天，其实并不是set底层限制了禁止修改，而是通过迭代器限制的。所以要想修改set当中的元素，我们只需要绕开迭代器的这个限制即可。

进一步研究可以发现，它这里使用的是一个const_iterator，它表示一个指向常量的迭代器，和const iterator不同。后者表示迭代器本身是一个常量，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个const常量，迭代器本身可以修改，指向不同的位置，但我们不能修改它指向的位置的值。

const_iterator并没有严格限制只能指向const修饰的变量，这也就能解释为什么set当中的元素没有const修饰也不会报错的原因，因为const_iterator兼容这种情况。

const_iterator解引用之后是一个const修饰的变量的引用，所以我们要对它指向的内容进行修改，只需要将它解引用的结果去除const限制即可。那具体怎么操作呢，我们可以使用const_cast操作符解除const的限制。

但它也不是万能的，它只能使用在引用和指针当中，用来去掉const属性。

这里有必要说明一下，在C++当中const修饰符出现的位置不同有不同的含义。以指针举例，const T* p和T* const p是两种完全不同的指针，前者表示不能通过指针去修改指向对象的内容。如p->x = 100;这样的操作都是非法的。而后者表示指针只能在初始化时设置指向的内容，之后不能修改指向，如p=&t;是非法的。

在当前问题当中，我们想要修改set当中的元素值，遇到了const限制，显然是第一种情况。

有些同学可能会觉得疑惑，我们加上const的目的不就是为了对变量做限制，从而可以在编译的时候通过编译器来替我们检查一些非法的操作吗？既然如此，又为什么需要去掉呢？

主要的原因是有时候我们手上的变量有const修饰，但是我们想要调用一个函数，而函数的内部会对指针或引用指向的值进行修改。这个时候我们就没办法传入我们手上已有的参数了，const_cast操作符设计的初衷就是为了应对这种情况。

我们来举个例子：

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

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

 test(p);
 return 0;
}

如果我们编译上面这段代码就会遇到编译器无情地报错，因为我们在test函数内部修改了指针p的指向。

这个时候我们就可以在传参的时候，使用const_cast操作符来解除掉const的限制。

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

尖括号中是我们要转换的类型，只能是指针或引用。如果我们输出指针p指向的值，会得到5，因为在test函数当中进行了修改。

看起来好像很简单，对吧？

但是我们接下来看两个例子，可能会令人有些费解：

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;

这两段代码做的事情非常类似，也就是通过const_cast修改了一个const修饰的int。唯一的不同是int a是直接赋值成了3，而int b是赋值成了另外一个也等于3的int。这两者其实并没有什么区别，对吧？但是当我们运行代码之后，神奇的事情发生了，

屏幕上输出的结果是这样的：

为什么一个是3，另外一个是4呢？这两者的逻辑明明是一样的！

老梁发现这个问题的时候是完全震惊的，查了好久的资料，才从大牛博客的只言片语当中找到了一点描述。原来是编译器针对第一种情况做了优化，因为a初始化时给的是一个常量，所以当我们输出的时候，编译器就直接取了3代替了它实际原本应该的值。

关于这个解释老梁也不能完全确认，如果有知道的小伙伴不妨在下方留言。

最后， 我们回到正题，如果我们想要修改set当中的元素，可以怎么操作呢？

我们知道了const_cast操作符之后就完全没有悬念了。

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;
}

但是我们需要注意一点，我们这样强行修改其实是没有经过set原本的机制的。也就是说我们虽然改了元素的值，但是它在红黑树中的位置其实是没有变的。这样的结果就是会导致元素失去有序性，比如上面的结果输出的顺序是："test","hello","world"，按道理应该是按照字典顺序排序的。

这也是为什么C++ Primer里强烈建议大家不要修改set中元素值的原因，如果真的要修改，只能先删除再添加了。虽然这样会牺牲一点点性能，但至少可以保证set里的数据都是安全有序的。

注：文章转自微信公众号：Coder梁（ID：Coder_LT）