Effective C++ 2e Item22

条款22: 尽量用“传引用”而不用“传值”

C语言中，什么都是通过传值来实现的，C++继承了这一传统并将它作为默认方式。除非明确指定，函数的形参总是通过“实参的拷贝”来初始化的，函数的调用者得到的也是函数返回值的拷贝。

正如我在本书的导言中所指出的，“通过值来传递一个对象”的具体含义是由这个对象的类的拷贝构造函数定义的。这使得传值成为一种非常昂贵的操作。例如，看下面这个（只是假想的）类的结构：

class Person {
public:
  Person();                         // 为简化，省略参数
                                    //
  ~Person();

  ...

private:
  string name, address;
};

class Student: public Person {
public:
  Student();                        // 为简化，省略参数
                                    //
  ~Student();

  ...

private:
  string schoolName, schoolAddress;
};

现在定义一个简单的函数returnStudent，它取一个Student参数（通过值）然后立即返回它（也通过值）。定义完后，调用这个函数：

Student returnStudent(Student s) { return s; }

Student plato;                      // Plato（柏拉图）在
                                    // Socrates（苏格拉底）门下学习

returnStudent(plato);               // 调用returnStudent

这个看起来无关痛痒的函数调用过程，其内部究竟发生了些什么呢？

简单地说就是：首先，调用了Student的拷贝构造函数用以将s初始化为plato；然后再次调用Student的拷贝构造函数用以将函数返回值对象初始化为s；接着，s的析构函数被调用；最后，returnStudent返回值对象的析构函数被调用。所以，这个什么也没做的函数的成本是两个Student的拷贝构造函数加上两个Student析构函数。

但没完，还有！Student对象中有两个string对象，所以每次构造一个Student对象时必须也要构造两个string对象。Student对象还是从Person对象继承而来的，所以每次构造一个Student对象时也必须构造一个Person对象。一个Person对象内部有另外两个string对象，所以每个Person的构造也必然伴随另两个string的构造。所以，通过值来传递一个Student对象最终导致调用了一个Student拷贝构造函数，一个Person拷贝构造函数，四个string拷贝构造函数。当Student对象被摧毁时，每个构造函数对应一个析构函数的调用。所以，通过值来传递一个Student对象的最终开销是六个构造函数和六个析构函数。因为returnStudent函数使用了两次传值（一次对参数，一次对返回值），这个函数总共调用了十二个构造函数和十二个析构函数！

在C++编译器的设计者眼里，这是最糟糕的情况。编译器可以用来消除一些对拷贝构造函数的调用（C++标准——见条款50——描述了具体在哪些条件下编译器可以执行这类的优化工作，条款M20给出了例子）。一些编译器也这样做了。但在不是所有编译器都普遍这么做的情况下，一定要对通过值来传递对象所造成的开销有所警惕。

为避免这种潜在的昂贵的开销，就不要通过值来传递对象，而要通过引用：

const Student& returnStudent(const Student& s)
{ return s; }

这会非常高效：没有构造函数或析构函数被调用，因为没有新的对象被创建。

通过引用来传递参数还有另外一个优点：它避免了所谓的“切割问题（slicing problem）”。当一个派生类的对象作为基类对象被传递时，它（派生类对象）的作为派生类所具有的行为特性会被“切割”掉，从而变成了一个简单的基类对象。这往往不是你所想要的。例如，假设设计这么一套实现图形窗口系统的类：

class Window {
public:
  string name() const;             // 返回窗口名
  virtual void display() const;    // 绘制窗口内容
};

class WindowWithScrollBars: public Window {
public:
  virtual void display() const;
};

每个Window对象都有一个名字，可以通过name函数得到；每个窗口都可以被显示，着可以通过调用display函数实现。display声明为virtual意味着一个简单的Window基类对象被显示的方式往往和价格昂贵的WindowWithScrollBars对象被显示的方式不同（见条款36，37，M33）。

现在假设写一个函数来打印窗口的名字然后显示这个窗口。下面是一个用错误的方法写出来的函数：

// 一个受“切割问题”困扰的函数
void printNameAndDisplay(Window w)
{
  cout << w.name();
  w.display();
}

想象当用一个WindowWithScrollBars对象来调用这个函数时将发生什么：

WindowWithScrollBars wwsb;

printNameAndDisplay(wwsb);

参数w将会作为一个Windows对象而被创建（它是通过值来传递的，记得吗？），所有wwsb所具有的作为WindowWithScrollBars对象的行为特性都被“切割”掉了。printNameAndDisplay内部，w的行为就象是一个类Window的对象（因为它本身就是一个Window的对象），而不管当初传到函数的对象类型是什么。尤其是，printNameAndDisplay内部对display的调用总是Window::display，而不是WindowWithScrollBars::display。

解决切割问题的方法是通过引用来传递w：

// 一个不受“切割问题”困扰的函数
void printNameAndDisplay(const Window& w)
{
  cout << w.name();
  w.display();
}

现在w的行为就和传到函数的真实类型一致了。为了强调w虽然通过引用传递但在函数内部不能修改，就要采纳条款21的建议将它声明为const。

传递引用是个很好的做法，但它会导致自身的复杂性，最大的一个问题就是别名问题，这在条款17进行了讨论。另外，更重要的是，有时不能用引用来传递对象，参见条款23。最后要说的是，引用几乎都是通过指针来实现的，所以通过引用传递对象实际上是传递指针。因此，如果是一个很小的对象——例如int——传值实际上会比传引用更高效。