Effective Modern C++ 条款13：优先考虑const_iterator而非iterator

作为C++开发者，我们经常听到"尽可能使用const"的建议。这一原则同样适用于STL迭代器的选择。本文将深入探讨为什么const_iterator应该是你的首选，以及如何在不同C++标准中有效地使用它们。

const_iterator的本质

const_iterator是STL中指向常量元素的迭代器，概念上等同于指向常量的指针(pointer-to-const)。就像我们喜欢用const修饰不应该被修改的变量一样，只要不需要修改迭代器指向的元素，使用const_iterator就是更安全、更符合设计意图的选择。

C++98时代的困境

在C++98标准中，虽然const_iterator已经存在，但使用它们却充满挑战：

1. 创建困难

从non-const容器获取const_iterator需要繁琐的类型转换：

std::vector<int> values;
typedef std::vector<int>::const_iterator ConstIterT;ConstIterT ci = std::find(static_cast<ConstIterT>(values.begin()),static_cast<ConstIterT>(values.end()),1983);

2. 功能受限

许多STL操作如insert()和erase()在C++98中只接受iterator，不接受const_iterator。这意味着即使你获得了const_iterator，也可能需要再转换回iterator——这一转换在标准中甚至没有明确定义。

3. 性能考量

由于这些限制，许多开发者放弃了使用const_iterator，即使在不需要修改元素的场景下也使用普通的iterator，这降低了代码的表达性和安全性。

C++11的革命性改进

C++11标准极大地改善了const_iterator的实用性：

1. 新增便捷方法

引入了cbegin()和cend()成员函数，即使对non-const容器也能直接获取const_iterator：

auto it = std::find(values.cbegin(), values.cend(), 1983);

2. 操作支持扩展

STL操作如insert()和erase()现在都接受const_iterator作为参数，消除了C++98中的主要使用障碍。

3. 语法简化

结合auto类型推导，使用const_iterator变得异常简洁：

std::vector<int> values;
auto it = std::find(values.cbegin(), values.cend(), 1983);
values.insert(it, 1998);

通用代码的最佳实践

在编写模板代码时，我们需要考虑更广泛的容器类型，包括原生数组和第三方容器。这里有一些重要建议：

1. 优先使用非成员函数版本

C++14提供了完整的非成员函数cbegin/cend等，应该优先使用它们而非成员函数版本：

template<typename C, typename V>
void findAndInsert(C& container, const V& targetVal, const V& insertVal)
{using std::cbegin;using std::cend;auto it = std::find(cbegin(container), cend(container), targetVal);container.insert(it, insertVal);
}

2. C++11的兼容方案

如果你的环境限制在C++11，可以自行实现缺失的非成员cbegin：

template <class C>
auto cbegin(const C& container)->decltype(std::begin(container))
{return std::begin(container);
}

这个实现巧妙之处在于：

• 对标准容器，begin()对const对象返回const_iterator
• 对原生数组，返回指向const的指针
• 对只提供begin()的第三方容器也能工作

实际开发中的应用场景

1. 只读遍历

任何不需要修改容器内容的遍历都应该使用const_iterator：

for (auto it = values.cbegin(); it != values.cend(); ++it) {process(*it); // 假设process不需要修改元素
}

2. 算法应用

大多数STL算法如find、count、accumulate等都不修改元素，应该配合const_iterator使用：

auto pos = std::find_if(values.cbegin(), values.cend(), [](int val) { return val > 0; });

3. 多线程环境

在多线程代码中，const_iterator能更明确地表达只读意图，有助于避免数据竞争。

性能考量

有些人担心使用const_iterator会影响性能，但实际上：

1. 在release构建中，好的编译器会为iterator和const_iterator生成相同的机器码
2. 使用const_iterator带来的编译期检查可以避免潜在的错误，减少调试时间
3. 更明确的语义有助于编译器进行更好的优化

现代C++的进一步支持

C++17和C++20继续强化了const正确性的支持：

1. std::as_const可以方便地获取const视图
2. 范围for循环的const版本更简洁
3. 概念(concepts)可以更好地约束模板参数

总结建议

1. 默认选择：在不需要修改元素的场景下，优先使用const_iterator
2. 现代标准：充分利用C++11及以后版本的cbegin()/cend()等便利方法
3. 通用代码：在模板中优先使用非成员函数版本的begin/end系列
4. 代码审查：将"不必要的非const迭代器使用"加入代码审查检查项

记住，好的C++代码不仅追求功能正确，还追求表达准确。const_iterator就是帮助我们实现这一目标的重要工具之一。正如Scott Meyers在《Effective Modern C++》中所说：“const是伪装的文档，也是伪装的编译器可验证的正确性约束。”