C++ 11 Reference qualifier or ref-qualifier

tianyingang

已于 2024-02-08 09:37:11 修改

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分类专栏： C++ 文章标签： c++ 开发语言

于 2024-02-07 17:29:35 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/tianyingang/article/details/136071452

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本文介绍如何使用referencequalifier在C++中平衡性能与安全，通过重载针对左值和右值的不同行为，结合移动语义优化临时对象处理。

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从一个例子说起,先看下面的例子

class Foo {
private:
    std::string name;
public:
    Foo(const std::string& n) : name{n}{}
    std::string getName() {
        return name;
    }

};

int main() {
    Foo foo{"Qualifiers"};
    std::string n = foo.getName();
    
}

这里将成员函数name拷贝出来赋值给n,如果name是一个很长的字符串，那么拷贝的成本就很高。

为了性能，可能会提出如下的方案：

class Foo {
private:
    std::string name;
public:
    Foo(const std::string& n) : name{n}{}
    const std::string& getName() {
        return name;
    }

};

int main() {
    Foo foo{"Qualifiers"};
    std::string n = foo.getName();
    std::cout << n << std::endl;    
}

这次返回一个const引用，n即为foo.name的一个引用，相比之下，性能提高不少。但是这种方案有一个缺陷。如果对一个临时Foo对象调用，会导致undefined behavior.

Foo createFoo() {
    Foo foo{"tem"};
    return foo;
}

int main() {
    const std::string& n = createFoo().getName(); //创建一个临时Foo对象，该对象没有名字，因此是一个右值
    std::cout << n << std::endl;  // 临时对象已析构，但是n引用这个已经析构的对象的成员，此时导致未定义行为UB

}

看来性能和安全似乎无法兼顾？如果有一种方法，当Foo的对象是右值时，就让getName返回值，当Foo对象是左值时就返回const引用,就可以兼顾性能和安全了，怎么才能做到呢？

答案就是reference qualifier

先看看怎么来实现

class Foo {
private:
    std::string name;
public:
    Foo(const std::string& n) : name{n}{}
    const std::string& getName() const & {    // <---注意这里的&
        return name;
    }
    std::string getName() const && {    // <---注意这里的&&
        return name;
    }

};

Foo createFoo() {
    Foo foo{"tem"};
    return foo;
}

int main() {
    std::cout << createFoo().getName() << std::endl;

    std::string n = createFoo().getName(); //返回的不是引用，而是值，因此临时Foo对象析构，并不影响n
    std::cout << n << std::endl; //可以正常使用

    Foo foo{"Qualifiers"};
    const std::string& n2 = foo.getName(); //左值，所以返回的是引用
    std::cout << n2 << std::endl;
    
}

如果这样写：

    const std::string& n = createFoo().getName(); // compiler error
    std::cout << n << std::endl

将会触发编译错误：

error: binding reference of type 'std::string&' {aka 'std::__cxx11::basic_string<char>&'} to 'const std::string' {aka 'const std::__cxx11::basic_string<char>'} discards qualifiers

26 | std::string& ref = createFoo().getName();

| ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~^~

简单来说，reference qualifier就是用来对成员函数基于对象的左值和右值进行重载，调用该成员函数的时候，当调用者是一个左值的时候，就调用由& 标记的成员函数，当调用者是一个右值的时候，就调用由&&标记的成员函数。

另外，当调用者是右值的时候，说明这个对象即将被销毁，因此可以使用移动语义从对象种窃取数据

class Foo {
private:
    std::string name;
public:
    Foo(const std::string& n) : name{n}{}
    const std::string& getName() const & {    // <---注意这里的&
        return name;
    }
    std::string getName() && {    // <---注意这里的&&
        return std::move(name);         // <---使用std::move来开启移动语义
    }

};