Ключевое слово mutable

Часть раздела Объектно-ориентированное программирование путешествия по C++ на Coddy — урок 30 из 104.

Вы узнали, что константные функции-члены не могут изменять никакие переменные-члены. Но иногда вам нужно изменить член класса, который не влияет на логическое состояние объекта — например, кэш или счетчик обращений. Ключевое слово mutable предоставляет исключение из ограничения const.

Член класса с модификатором mutable может быть изменен даже внутри константной функции-члена:

class DataFetcher {
    std::string data;
    mutable int accessCount;    // Может быть изменен в константных функциях
    
public:
    DataFetcher(std::string d) : data(d), accessCount(0) {}
    
    std::string getData() const {
        accessCount++;          // Разрешено, так как accessCount помечен как mutable
        return data;
    }
    
    int getAccessCount() const {
        return accessCount;
    }
};

Без mutable инкрементирование accessCount внутри константной функции getData() вызвало бы ошибку компиляции. Ключевое слово mutable сообщает компилятору: «Этому члену разрешено изменяться, даже если объект считается константным».

Распространенные сценарии использования mutable включают кэширование вычисленных значений, отслеживание статистики доступа и примитивы синхронизации, такие как мьютексы. В каждом из этих случаев модификация не меняет того, что объект представляет логически: кэшированное значение — это всего лишь оптимизация, а счетчик доступа — это метаданные об использовании.

class Circle {
    double radius;
    mutable double cachedArea;
    mutable bool areaCached;
    
public:
    double getArea() const {
        if (!areaCached) {
            cachedArea = 3.14159 * radius * radius;
            areaCached = true;
        }
        return cachedArea;
    }
};

Используйте mutable умеренно — его следует применять только к тем членам, которые не влияют на наблюдаемое состояние объекта.

Задание

Легко

Давайте создадим программу для просмотра документов, которая отслеживает, сколько раз документ был просмотрен, не нарушая константную корректность (const-correctness) наших методов, предназначенных только для чтения. Это идеальный случай для использования ключевого слова mutable.

Вы создадите два файла для организации вашего кода:

Document.h: Определите класс Document, который хранит содержимое и скрытно отслеживает статистику просмотров. Вашему классу необходимы:
- Приватные члены: title (string), content (string) и mutable int viewCount, который можно изменять даже в константных методах
- Конструктор, который принимает заголовок и содержимое, инициализируя viewCount значением 0
- Константный метод getTitle(), который возвращает заголовок
- Константный метод getContent(), который увеличивает viewCount (это разрешено, так как переменная помечена как mutable) и возвращает содержимое
- Константный метод getViewCount(), который возвращает количество обращений к содержимому
- Константный метод getPreview(), который возвращает первые 20 символов содержимого, за которыми следует "..." — это НЕ должно увеличивать счетчик просмотров, так как это всего лишь предварительный просмотр
main.cpp: Продемонстрируйте, как mutable позволяет отслеживать статистику доступа, сохраняя методы логически константными. Считайте заголовок и содержимое документа из входных данных (каждое на отдельной строке), затем:
- Создайте объект Document с входными значениями
- Выведите "Title: <title>"
- Выведите "Preview: <preview>"
- Выведите "Views after preview: <count>"
- Получите полное содержимое с помощью getContent() и выведите "Content: <content>"
- Выведите "Views after first read: <count>"
- Снова обратитесь к содержимому и выведите "Content: <content>"
- Выведите "Views after second read: <count>"
- Создайте вспомогательную функцию void displayDocument(const Document& doc), которая выводит "[Const Access] <title>: <content>" — это докажет, что наши константные методы работают с константными ссылками
- Вызовите displayDocument() для вашего документа
- Выведите "Final view count: <count>"

Счетчик просмотров должен быть равен 0 после предварительного просмотра (так как превью не считается полным просмотром), а затем увеличиваться при каждом вызове getContent(). Ключевое слово mutable делает это возможным — без него вы не смогли бы изменять viewCount внутри константных методов, таких как getContent().

Если содержимое короче 20 символов, getPreview() должен вернуть все содержимое, за которым следует "...".

Попробуйте сами

#include <iostream>
#include <string>
#include "Document.h"
using namespace std;

// TODO: Реализуйте функцию displayDocument
// Она должна выводить: "[Const Access] <title>: <content>"
void displayDocument(const Document& doc) {
    // TODO: Реализуйте эту функцию
}

int main() {
    // Считать входные данные
    string title;
    string content;
    getline(cin, title);
    getline(cin, content);
    
    // TODO: Создайте Document с входными значениями
    
    // TODO: Выведите "Title: <title>"
    
    // TODO: Выведите "Preview: <preview>"
    
    // TODO: Выведите "Views after preview: <count>"
    
    // TODO: Получите доступ к полному содержимому и выведите "Content: <content>"
    
    // TODO: Выведите "Views after first read: <count>"
    
    // TODO: Снова получите доступ к содержимому и выведите "Content: <content>"
    
    // TODO: Выведите "Views after second read: <count>"
    
    // TODO: Вызовите displayDocument() со своим документом
    
    // TODO: Выведите "Final view count: <count>"
    
    return 0;
}