【Effective C++】设计与声明——reference篇

以pass-by-reference-to-const替换pass-by-value

缺省情况下C++以by value方式传递对象至（或来自）函数。除非你另外指定，否则函数参数都是以实际实参的复件（副本）为初值，而调用端所获得的亦是函数返回的一个复件，这些复件（副本）由对象的copy构造函数产出，这可能使得pass-by-value成为昂贵的（费时的）操作。

好处1：高效，避免副本对象的创建

考虑以下的继承体系：

class Person{
public:
    Person();
    virtual ~Person();
private:
    string name;
    string address;
};
class Student:public Person{
public:
    Student();
    ~Student();
private:
    string schoolName;
    string schoolAddress;
};

现在考虑以下代码，

bool validateStudent(Student s);   //函数需要一个student实参(by value)并返回它是否有效
Student plato;
bool IsOK = validateStudent(plato); //调用函数

在调用函数时，Student的copy构造函数会被调用，以plato为蓝本将s初始化，在函数返回时，s又会被销毁。因此对此函数而言，参数的传递成本是“一次Student Copy构造函数调用，加上一次Student析构函数调用”。注意，Student对象内有两个string对象，所以每次构造一个Student对象也就构造了两个string对象。此外，Student对象继承自Person对象，所以每次构造Student对象也必须构造出一个Person对象，Person对象又有两个string对象在其中。。。因此以by-value方式传递一个Student对象，总体成本是“六次构造函数和六次析构函数”！

如果传递对象的引用，高效的多：

bool validateStudent(const Student& s);

没有新的对象被创建，const也会保证不对s做任何修改。

好处2：避免对象切割问题

当一个derived class对象以value方式传递并视为一个base class对象，base class的copy构造函数会被调用，derived class对象的特性会被全部切割掉：

class Person{
public:
    ...
    string name() const;
};
class Student:public Person{
public:
    ...
    string name() const;
};

调用：

void show(Person p){
    cout<<p.name();
} 

Student s;
show(s);

此时调用的是Person::name()。解决切割问题的方法是以引用传递参数：

void show(const Person& p)

注意：内置类型，STL的迭代器和函数对象，往往pass-by-value比较适当。

必须返回对象时，别妄想返回其reference

考虑有理数Rational，有个友元操作符*，返回Rational对象。

Rational operator*( const Rational &lhs, const Rational &rhs ) {
    Rational result = ...
    return result;
}

返回对象，导致临时对象的构造，析构。效率低，因此会想返回方法内局部对象的引用，这种方法不可行，为什么？

1. 定义一个局部变量，就是在stack空间创建对象，方法执行完毕，局部对象销毁。假如返回方法内局部对象的引用，方法执行完，局部对象销毁，这时候，引用指向一堆垃圾。

2.或者在heap上构造一个对象，返回引用。这也不可行，首先，要求客户端负责delete，这不合理。其次，退一步说，就算客户负责，执行delete。但是有些情况，客户无法执行delete。比如：Rational d = a*b*c; a*b的结果没有暴露出来，客户无法执行delete。

3. 既然方法内的局部对象会销毁，你可能会想返回一个reference指向方法内的local static对象，但是这会导致下面的诡异情况：无论何时，a*b == c*d 总是为真。为什么？

local static对象只初始化一次，a*b修改local static对象的值，并返回其引用，c*d也修改local static对象的值，并返回其引用。它们是同一个对象的别名，当然永远相等。只不过，后一次的修改覆盖了前一个修改。

因此，对于这种情况，就让方法返回对象。为了正确的行为，必须付出一定代价。需要说明的是，通过RVO技术，编译器可以进行优化，避免这种代价。

结论：绝不要返回pointer或reference指向一个local stack对象，返回reference指向一个heap-allocated对象，返回pointer或reference指向一个local static对象而可能同时需要多个这样的对象。