Effective C++ 读书笔记 Item21 需要返回对象时，不要返回引用

朱雀 2020-07-11 16:14 706阅读 0赞

我们发现，在C++中，有些成员函数返回的是对象，而有些函数返回的又是引用。

返回对象和返回引用的最主要的区别就是函数原型和函数头。

**Car run(const Car &)     //返回对象**

**Car & run(const Car &)   //返回引用**

Item 20中提到，多数情况下传引用比传值更好。追求这一点是好的，但千万别返回空的引用或指针。 一个典型的场景如下：

class Rational{
      int n, d;
    public:
      Raitonal(int numerator=0, int denominator=1);
    };

// 返回值为什么是const请参考Item 3

friend const Rational operator*(const Rational& lhs, const Rational& rhs);
     
    Rational a, b;
    Rational c = a*b;

注意operator\*返回的是Rational实例，a\*b时便会调用operator\*()， 返回值被拷贝后用来初始化c。这个过程涉及到多个构造和析构过程：

函数调用结束前，返回值被拷贝，调用拷贝构造函数  
函数调用结束后，返回值被析构  
c被初始化，调用拷贝构造函数  
c被初始化后，返回值的副本被析构  
我们能否通过传递引用的方式来避免这些函数调用？这要求在函数中创建那个要被返回给调用者的对象，而函数只有两种办法来创建对象：在栈中创建、或者在堆中创建。在栈中创建显然是错误的：

const Rational& operator*(const Rational& lhs, const Rational& rhs){
      Rational result(lhs.n*rhs.n, lhs.d*rhs.d);
      return result;
    }

客户得到的result永远是空。因为引用只是一个名称，当函数调用结束后result即被销毁。 它返回的是一个ex-result的引用。那么在堆中创建会是怎样的结果？

const Rational& operator*(const Rational& lhs, const Rational& rhs){
      Rational *result  = new Rational(lhs.n*rhs.n, lhs.d*rhs.d);
      return *result;
    }

问题又来了，既然是new的对象，那么谁来delete呢？比如下面的客户代码：

Rational w, x, y, z;
    w = x*y*z;

上面这样合理的代码都会导致内存泄露，那么operator\*的实现显然不够合理。此时你可能想到用静态变量来存储返回值，也可以避免返回值被再次构造。但静态变量首先便面临着线程安全问题，除此之外当客户需要不止一个的返回值同时存在时也会产生问题：

if((a*b) == (c*d)){
      // ...
    }

如果operator\*的返回值是静态变量，那么上述条件判断恒成立，因为等号两边是同一个对象嘛。如果你又想到用一个静态变量的数组来存储返回值，那么我便无力吐槽了。。。

挣扎了这许多，我们还是返回一个对象吧：

inline const Rational operator*(const Rational& lhs, const Rational& rhs){
      return Rational(lhs.n*rhs.n, lhs.d*rhs.d);
    }

事实上拷贝构造返回值带来的代价没那么高，C++标准允许编译器做出一些客户不可察觉(without changing observable behavior)的优化。在很多情况下，返回值并未被析构和拷贝构造。

永远不要返回局部对象的引用或指针或堆空间的指针，如果客户需要多个返回对象时也不能是局部静态对象的指针或引用。 Item 4：确保变量的初始化指出，对于单例模式，返回局部静态对象的引用也是合理的。