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Tip of the Week #101: 返回值、引用与生命期 原文链接

最初在2015-07-29发布为totw/101
作者：Titus Winters (titus@google.com)

考虑以下代码片段：

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

特别地，我想请你注意&。它是否恰当？我们应该检查什么？会出现什么问题？我发现有相当数量的C++程序员并不完全清楚引用，但他们通常明白应该“避免拷贝”。就像C++的大多数问题一样，比那要复杂得多。

具体问题具体分析：返回了什么？怎么存储的？

这里有两个（或者三个）重要的问题：

1. 返回的是什么类型（本例中指GetName()）？
2. 我们存储到/初始化了什么类型（本例中，name的类型是什么）？
3. 如果返回的是引用，以引用返回的对象是否有生命期的限制？

我们继续用string作为示例类型，但同样的论证可以推广到大多数的非平凡(non-trivial)值类型。

1. 返回string，初始化string：通常触发RVO，最坏情况下保证会触发现代类型的移动语义（参见TotW 77）。
2. 返回string&或const string&，初始化string：触发拷贝（我们返回的引用必然指向某个长时间存在的对象，所以一旦我们创建新字符串，数据就会有两个名字，因此是拷贝，参见TotW 77）。有时这是有价值的，比如你需要字符串的生命期长过函数返回保证的生命期。
3. 返回string，初始化string&：无法编译，因为不能绑定引用到临时对象。
4. 返回const string&，初始化string&：无法编译，因为不恰当的丢掉了常量性。
5. 返回const string&，初始化const string&：没有成本（实际上只是返回一个指针）。然而，你继承了任何现有的生命期限制：引用多长时间内有效？大多数返回引用的访问器返回的是成员——至多，引用在包含的对象的生命期内有效。
6. 返回string&，初始化string&：与#5相同，但有附加的警告：返回的引用是非const的，对引用的任何修改都会反映在源头上。
7. 返回string&，初始化const string&：与#5相同。
8. 返回string，初始化const string&：你会认为，考虑到#3，这是无效的。然而，语言对这种情况有特殊的支持：如果从临时变量T初始化const T&，T（本例中是string）直到引用超出作用域才会销毁（在常见的自动或者静态变量的情况下）。

场景#8是允许大多数反射使用引用的背后机制（即“噢，我不想拷贝，所以只是赋值给一个引用”，而不必考虑返回的是什么）。然而，由于#1，它也没给你任何好处：也许本来就不会有拷贝。更糟的是，代码阅读者不得不与你的本地变量（类型是const string&，而不是string)进行斗争，并担心底层的string是否会超出作用域或者被修改了。

换句话说，代码审查原始片段时，我不得不担心：

• GetName()返回的是值还是引用？
• Consumer的构造函数的参数类型是string，const string&，还是string_view？
• 构造函数是否对参数有生命期的要求？（如果参数类型不是string的话。）

然而，如果你一开始声明name为string，通常并不会低效（因为RVO和move语义），而且至少在对象生命期方面可能更安全。

附加的，如果有对象生命期问题，存储为string通常更容易发现问题：与其查看GetName()返回的引用的生命期保证与SetName()的生命期要求的相互作用，有自己的string对象意味着只需要查看本地代码和SetName()。

所有这些是为了说：避免拷贝是好事，只要你没有把事情变得更复杂。本来就不会有拷贝时把代码弄得更复杂并不是好的权衡。