C++ 返回对向量中值的引用

Posted 2023-02-17

【中文标题】C++ 返回对向量中值的引用

【英文标题】：C++ returing a reference to a value in vector

【发布时间】：2018-10-24 00:19:16

【问题描述】：

给定以下程序：

#include <iostream>
#include <utility>
#include <vector>
#include <unordered_map>

#ifdef WITHPAIR
auto get_state() 
    std::pair<std::vector<unsigned>, std::unordered_map<unsigned, unsigned&>> st;

    auto& v = st.first;
    auto& index = st.second;

    v.assign(1u,2u,3u,4u);

    index.insert(0u, v[0]);
    index.insert(1u, v[1]);
    index.insert(2u, v[2]);
    index.insert(3u, v[3]);

    return st;


#else

std::pair<std::vector<unsigned>, std::unordered_map<unsigned, unsigned&>> get_state() 
    std::vector v1u,2u,3u,4u;
    std::unordered_map<unsigned, unsigned&> index
            0u, v[0],
            1u, v[1],
            2u, v[2],
            3u, v[3]
    ;

    return v, index;

#endif

auto main() -> int 
    auto [v, index] = get_state();
//    auto [v, index] = std::move(get_state());
    std::cout << v[0] << " " << index.at(0) << std::endl;
    v[0] = 5;
    std::cout << v[0] << " " << index.at(0) << std::endl;
    std::cout << v[1] << " " << index.at(1) << std::endl;
    v[2] = 17;
    std::cout << v[2] << " " << index.at(2) << std::endl;
    std::cout << v[3] << " " << index.at(3) << std::endl; 

    return 0;

http://coliru.stacked-crooked.com/a/f9e528074ae78c03

不使用-DWITHPAIR 进行编译以查看第二个函数的行为

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函数get_state有两个版本。

只有第一个函数似乎具有正确的行为，并且在从函数返回时实际上使该数据可用（从链接的程序中可以看到）；第二个函数的行为不是这样，并且 unordered_map 中的值与向量中的值不同。

我的问题是两个：

第一个函数的行为是否正确？是否是未定义的行为？ 为什么第二个会改变向量？

【问题讨论】：

因为第二个有UB，第一个没有

@Slava 请将此作为答案。第二个的UB是多少？

第二个v 没有被移动，而是被复制，所以所有的引用都失效了。如果您明确移动v，它应该会修复它。

因为RVO导致第一个没有副本

是的，它被复制到，你也应该移动它，但是为了效率和一致性，但不移动 v 会由于地图中的无效引用而带来 UB。

【参考方案1】：

由于NRVO，您的第一个功能似乎可以工作：

在return语句中，当操作数是具有自动存储持续时间的非易失性对象的名称时，该对象不是函数参数或catch子句参数，并且属于同一类类型（忽略cv-资格）作为函数返回类型。这种复制省略的变体被称为 NRVO，“命名返回值优化”。

如果发生这种情况，则没有执行复制，并且地图中的引用仍然有效，但由于 NRVO 是一种优化，因此不能保证您只是幸运地工作。

在第二个函数中，您创建std::pair<std::vector<unsigned>, std::unordered_map<unsigned, unsigned&>> 类型的临时对象，并使用左值v 和index 对其进行初始化，因此为它们调用了复制构造函数，并且所有引用在原始v 时都无效被摧毁。修复可能是显式调用std::move：

return std::move(v), index;

并且作为标准保证引用保持有效并指向新向量中的元素，因此应该不再有 UB。 index 也应该移动以提高效率和一致性，但我留下了它，因为它与问题无关。

这是一种非常危险的编程方式，我会考虑不同的数据类型（可能是向量中的索引而不是引用）。

【讨论】：

最后感谢您的建议。在尝试复制这对配对后，我很快意识到了这一点

@smac89 np，在容器中引用通常不是一个好主意，但对矢量元素的引用更糟糕。

这是 NRVO，不能保证。