返回值(引用or值传递)

 
1.    返回值是“引用传递”替换“值传递”
如果函数的返回值是一个对象,有些场合用“引用传递”替换“值传
递”可以提高效率。而有些场合只能用“值传递”而不能用“引用传递”,否则会
出错。
例如:
class String
{⋯
// 赋值函数
String & operate=(const String &other);
// 相加函数,如果没有friend 修饰则只许有一个右侧参数
friend String operate+( const String &s1, const String &s2);
private:
char *m_data;
}
String 的赋值函数operate = 的实现如下:
String & String::operate=(const String &other)
{
if (this == &other)
return *this;
delete m_data;
m_data = new char[strlen(other.data)+1];
strcpy(m_data, other.data);
return *this; // 返回的是 *this 的引用,无需拷贝过程
}
对于赋值函数,应当用“引用传递”的方式返回String 对象。如果用“值传递”的
方式,虽然功能仍然正确,但由于return 语句要把 *this 拷贝到保存返回值的外部存
储单元之中,增加了不必要的开销,降低了赋值函数的效率。例如:
String a,b,c;
a = b; // 如果用“值传递”,将产生一次 *this 拷贝
a = b = c; // 如果用“值传递”,将产生两次 *this 拷贝
String 的相加函数operate + 的实现如下:
String operate+(const String &s1, const String &s2)
{
String temp;
delete temp.data; // temp.data 是仅含‘/0’的字符串
temp.data = new char[strlen(s1.data) + strlen(s2.data) +1];
strcpy(temp.data, s1.data);
strcat(temp.data, s2.data);
return temp;
}
对于相加函数,应当用“值传递”的方式返回String 对象。如果改用“引用传递”,
那么函数返回值是一个指向局部对象temp 的“引用”。由于temp 在函数结束时被自动
销毁,将导致返回的“引用”无效。例如:
c = a + b;
此时 a + b 并不返回期望值,c 什么也得不到,流下了隐患。
2. return 语句的效率
如果函数返回值是一个对象,要考虑return 语句的效率。例如
return String(s1 + s2);
这是临时对象的语法,表示“创建一个临时对象并返回它”。不要以为它与“先创建
一个局部对象temp 并返回它的结果”是等价的,如
String temp(s1 + s2);
return temp;
实质不然,上述代码将发生三件事。首先,temp 对象被创建,同时完成初始化;然
后拷贝构造函数把temp 拷贝到保存返回值的外部存储单元中;最后,temp 在函数结束
时被销毁(调用析构函数)。然而“创建一个临时对象并返回它”的过程是不同的,编
译器直接把临时对象创建并初始化在外部存储单元中,省去了拷贝和析构的化费,提高
了效率。
类似地,我们不要将
return int(x + y); // 创建一个临时变量并返回它
写成
int temp = x + y;
return temp;
由于内部数据类型如int,float,double 的变量不存在构造函数与析构函数,虽然该“临
时变量的语法”不会提高多少效率,但是程序更加简洁易读。
 
 
### 函数返回引用类型时如何使其成为无效函数 在 C++ 中,如果希望让某些特定条件下返回引用类型的函数失效或者避免因 `nullptr` 导致的错误初始化问题,可以通过多种方式来实现。这些方法主要涉及设计模式的选择、异常处理机制的应用以及对语言特性的深入理解。 #### 1. **抛出异常** 一种常见的做法是在检测到非法状态时立即抛出异常。这使得调用者能够捕获并适当地响应这种情况。 ```cpp const std::map<int, int>& GetMap() { if (!isValidState()) { // 假设 isValidState 是一个检查当前对象是否处于有效状态的方法 throw std::runtime_error("Invalid state to provide map reference."); } static const std::map<int, int> dummyMap; return dummyMap; // 如果状态无效则返回一个空但有效的地图实例代替 nullptr } ``` 这种方法清晰地标记出了哪些情况属于不可接受的状态,并强制客户端代码对此作出反应[^4]。 #### 2. **使用占位符值** 另一种策略是始终确保有一个合理的默认值可供返回,即便实际所需的数据可能暂时不可用。这样做的好处是可以保持接口的一致性而不必改变其签名形式。 ```cpp class DataProvider { public: const std::vector<float>& GetDataVector() const { if (!_dataReady) { static const std::vector<float> emptyData; return emptyData; } return _actualData; } private: mutable bool _dataReady{false}; mutable std::vector<float> _actualData; }; ``` 在这里展示了通过设置布尔标志 `_dataReady` 控制何时提供真实数据还是备用方案[^5]。 #### 3. **采用可选型(Optional Types)** 自 C++17 开始引入了标准库组件 `std::optional<T>` ,它可以用来表达可能存在也可能不存在的情况。相比直接返回裸指针或引用来说更加安全可靠。 ```cpp #include <optional> std::optional<const std::map<int,int>&> TryGetMapping(){ auto result = ComputeResult(); // Some computation that may succeed or fail. if(!result.has_value()){ return {}; // Return an empty optional indicating no value available. } return *result; // Otherwise dereference and pass along the contained object as lvalue-reference. } ``` 此例中演示了如何利用 `std::optional` 将原本简单的引用传递转换成有条件的结果交付过程[^6]。 --- ### 处理 `nullptr` 初始化引用错误 正如之前讨论过的那样,在任何情况下都不应尝试将 `nullptr` 转换成引用类型。然而有时开发者确实面临这样的困境——他们需要某种手段指示“无关联”的概念却又受限于现有API的设计只允许接收引用形参。针对这类难题有两种推荐实践: - #### 使用哨兵对象 创建专门用于标记缺失关系的小型辅助类实例充当桥梁角色。例如: ```cpp struct NullPlaceholder {}; template<typename T> T& SafeDereference(T* ptr){ static NullPlaceholder nullPlaceHolderInstance; return (ptr != nullptr)? (*ptr):(reinterpret_cast<T*>(&nullPlaceHolderInstance)); } ``` - #### 利用智能指针家族特性 借助诸如 `std::shared_ptr`, `std::unique_ptr` 等工具箱成员间接达成目的。它们各自具备独特的语义模型从而更好地适应不同应用场景下的需求差异。
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