本周小贴士#101：返回值，引用和生命周期

Posted 2021-09-12 -飞鹤-

作为totw/101最初发表于2015年7月29日

由Titus Winters ([e-mail])创作

考虑下面的代码片段：

const string& name = obj.GetName();
std::unique_ptr<Consumer> consumer(new Consumer(name));

我尤其想让你注意&。它合适吗？我们应该检查什么？会出什么问题？我发现相当多的C++程序员对引用并不完全清楚，但是通常知道他们应该“避免拷贝”。相对于C++中的大多数问题，它比那更复杂。

逐个分析：返回什么以及如何存储？此处有两个(或三个)重要的问题：

1. 返回的(在本例中，通过GetName())是什么类型?
2. 我们存储/初始化的是什么类型（在本例中，名称的类型是什么)?
3. 如果我们返回一个引用，引用返回的对象是否有生命周期限制？

我们将继续以string作为我们的示例类型，但相同的参数适用于大多数有意义的值类型。

1. 返回string，初始化string：这通常是RVO，并且在最坏情况下保证是针对现代类型的移动(参见TotW77)。
2. 返回string&或const string&，初始化string：这是一个副本(我们返回的引用必须是长生存期对象，因此一旦我们初始化一个新string，这里就有两个名字，因此是一个副本。参见TotW77)。有时这很有价值，如同你需要使你的string通过函数提供生命周期保持更长久。
3. 返回string，初始化string&：这不能编译，因为你不能将引用绑定到临时对象。
4. 返回const string&，初始化string&：这不能编译，因为你不恰当地删除const。
5. 返回cosnt string&，初始化cosnt string&：这是没有开销的(你实质上只是返回一个指针)。然而，你已经继承所有的现存的生命周期的限制：该引用生存期多长？大多数访问器方法返回一个成员，引用的有效性与对象的生命一致。
6. 返回string&，初始化string&：这与#5相同，但是有一个额外的警告：返回的引用是非const，因此对你的引用进行的任何修改都将反映在源中。
7. 返回string&,初始化const string&：这与#5相同。
8. 返回string,初始化const string&：你会认为，鉴于#3，这行不通。但是，对此语言有特殊的支持：如果你使用临时对象初始化cosnt T&，T（在本例string中）在引用超过作用域之前不会销毁（在自动或静态变量的常见情况下）。
   方案#8允许完全自反的引用(即”哦，我不想复制，所以我只是分配给一个引用“，而不必考虑返回的内容)。然而，由于#1，它也不会为你做任何事：可能一开始就没有副本。此外，现在你的代码阅读者必须苦于应付你的局部变量，这些变量属于const string&类型，而不是string，因此担心底层string是否超过作用域或更改。
   换句话说：当代码审查原始片段时，我必须担心：

• GetName()是按值返回还是按引用返回？
• Consumer的构造函数是采用string,const string&或string_view?
• 构造函数是否对参数有任何生命周期的要求？（如果它不仅仅是string.）
  然而，如果你首先将一个名字声明为string,它通常依然是有效（因为RVO和移动语义)，并且至少在对象生命周期方面是安全的。

此外，如果这里有一个对象生命周期问题，在存储string时通常很容易发现：而不是查看GetName()返回引用的生命周期承诺与SetName()的生命周期要求之间的作用，拥有你的string意味着只需要查看局部代码和SetName()。

所有这些表明：避免拷贝是可行的，只要你不让事情更复杂。在一开始没有拷贝的情况下，使代码更复杂并不是一个好的权衡。