Effective C++ 读书笔记 Item28 不要返回对象内部的句柄

朱雀 2020-07-05 02:29 778阅读 0赞

不要返回对象私有成员的句柄。这里的“句柄”（handle）包括引用、指针和迭代器。 这样可以增加类的封装性、使得`const`函数更加`const`， 也避免了空引用的创建（dangling handles）。

句柄就是个数字，一般和当前系统下的整数的位数一样，比如32bit系统下就是4个字节。  
**这个数字是一个对象的唯一标示，和对象一一对应。**  
这个对象可以是一个块内存，一个资源，或者一个服务的context（如 socket，thread）等等。

> 为了方便起见，下文中统一用指针来称呼这三类句柄。

#  返回私有成员的指针 #

在继续Scott Meyers的讨论之前，先来回顾一下类成员指针的行为。 首先如果不加限制，直接返回私有成员的指针会导致私有成员被完全暴露。例如：

class Rectangle {
      int _left, _top;
    public:
      int& left() { return _left; }
    };
    Rectangle rec;
    rec.left() = 3;   // rec._left被修改

其实这已经足以说明返回私有成员指针相当于完全暴露了私有成员。

# 暴露私有成员为常量 #

如果是为了保护私有成员不被修改，只是为了让外界可以不通过函数就可以访问`_left`， 可以将`left()`声明为`const`：

int& left() const{ return _left; }

上述代码还有问题~ 编译器会产生如下错误：

error: binding of reference to type 'int' to a value of type 'const int'
          drops qualifiers

这是因为常量方法不能修改当前对象，其返回值也应该是`const`的。应该这样写：

const int& left() const{ return _left; }

由于返回值声明了const，客户修改内部变量便会编译错了。我们成功地在开放了内部变量的同时防止了内部变量被修改。但是问题没有到此为止！还记得吗？C++的常量定义为"bitwise constness"，只要当前对象没被修改就算常量。所以如果我们将left和top存在类的外面，常量方法的返回值类型检查便会失效，比如把数据存在Point里面：

class Point{
    public:
        int left, right;
    };
    class Rectangle {
        Point* p;
    public:
        int& left() const { return p->left; }
    };
    ...
    const Rectangle rec;
    rec.left() = 3;     // rec明明是const对象，但我们可以修改它~

现在Rectangle的大小是sizeof(void\*)（指针大小）， 即p->left并不在这个对象的内存里， 因而常量方法的返回值可以不声明const。 这时客户便可以通过这个返回的left来修改对象私有成员了。 所以返回对象内部的指针，会导致常量方法的const属性被破坏。 根本原因在于C++的"bitwise constness"语法检查风格。  
注意如果p被声明为Point而非Point\*时，p->left仍处于当前类的内存区域内， 编译器会要求left() const返回值为const int&。

# 空悬指针问题 #

可能你已经注意到了，我们完全可以稍微改善一下上面的代码来实现私有成员的写保护。 既然是由于"bitwise constness"编译器不提供类型检查， 我们手动限制返回值为`const`即可：

const int& left() const{ return p->left; }

很多情况下问题确实是这样解决的，比如实现operator\[\]() const时。 但下标运算符只是一个特例，一般情况我们是不会返回内部指针的。 因为返回的指针和拥有者对象具有同样的生命周期， 返回的指针很容易被悬空，比如有一个返回Rectangle的bounding函数：

我们希望获得那个Rectangle的left，可能会这样写：

const int& left = bounding().left();

问题在哪里呢？left被悬空了，它并没有保持left的值！ 因为bounding()返回的对象没有赋值给任何变量它是一个临时对象。 临时对象在语句执行后立即销毁，那个私有成员的引用也将失效。