Effective C++ 条款 21：必须返回对象时，别妄想返回其 reference

条款 21：必须返回对象时，别妄想返回其 reference

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核心思想

C++ 中绝不要返回指针或引用指向以下几种对象：

1. 局部栈对象 (local stack object)

   • 当函数返回时，栈对象会被销毁，指针或引用将指向一个无效的内存地址，导致未定义行为。

2. 堆分配对象 (heap-allocated object)

   • 返回指针或引用可能导致资源泄漏，因为调用者必须记得手动释放资源，容易出错。

3. 局部静态对象 (local static object)

   • 如果同时需要多个这样的对象，返回引用会导致数据竞争和意外的共享状态问题。

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推荐解决方案

当必须返回一个对象时，建议 返回值对象，这样可以依赖编译器的 返回值优化 (RVO) 或 移动语义 来避免性能损耗。

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示例代码

// 安全的返回对象示例
inline const Rational operator* (const Rational& lhs, const Rational& rhs) {
    return Rational(lhs.n * rhs.n, lhs.d * rhs.d);
}

上述代码返回了一个新的 Rational 对象，而不是返回一个指向临时对象的指针或引用。这种方式既直观又安全，依赖编译器优化，不会导致性能损耗。

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禁止的用法

以下代码示例会引发问题：

1. 返回局部栈对象的引用

const Rational& multiply(const Rational& lhs, const Rational& rhs) {
    Rational result(lhs.n * rhs.n, lhs.d * rhs.d); // 栈对象
    return result; // 返回的引用无效
}

• 问题：result 是局部栈对象，函数返回后被销毁，引用将指向无效内存。

2. 返回堆对象的引用

const Rational& multiply(const Rational& lhs, const Rational& rhs) {
    Rational* result = new Rational(lhs.n * rhs.n, lhs.d * rhs.d); // 堆分配
    return *result; // 调用者需要手动释放
}

• 问题：调用者必须记得释放 result，否则会造成内存泄漏。

3. 返回静态局部对象的引用

const Rational& multiply(const Rational& lhs, const Rational& rhs) {
    static Rational result(lhs.n * rhs.n, lhs.d * rhs.d); // 静态对象
    return result; // 多次调用会共享同一对象
}

• 问题：如果函数被多次调用，不同调用会共享 result，容易引发数据竞争和意外行为。

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结论

1. 遇到返回对象时，优先 返回值对象，避免使用指针或引用。
2. 借助现代编译器优化，返回值对象的性能损耗可以忽略不计。