引用參數(shù)與引用返回值，臨時(shí)對(duì)象

mediatv 2014-04-25

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經(jīng)?？吹竭@樣的聲明：T& func(T& t)，這種聲明和T func(T t)有什么區(qū)別？書上的解釋是為了提高效率，究竟是如何提高效率的呢？?jī)?nèi)部執(zhí)行了什么操作？本文通過8個(gè)小例子對(duì)引用參數(shù)和引用返回進(jìn)行了一次徹底的排查。
首先看一下在類的成員函數(shù)中的引用參數(shù)和引用返回值：

類定義class A
{
public:
int x;

      A(){}//構(gòu)造函數(shù)
      A(const A& other)//拷貝構(gòu)造函數(shù)
      {
            this->x = other.x;
            cout << "Copy" << endl;
      }

~A(){}//析構(gòu)函數(shù)

      A& operator=(const A& other)//賦值函數(shù)
      {
            this->x = other.x;
            cout << "Assign" << endl;
            return *this;
      }

void func1(A a)
{

}

void func2(A& a)
{

}

      A func3()
      {
            return *this;
      }

      A& func4()
      {
            return *this;
      }
};

    這個(gè)類很簡(jiǎn)單，只有一個(gè)成員變量x，并且定義了默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)、拷貝構(gòu)造函數(shù)、析構(gòu)函數(shù)和賦值函數(shù)。為了能夠更清楚地看到哪個(gè)拷貝構(gòu)造函數(shù)與賦值函數(shù)是否被調(diào)用，在這兩個(gè)函數(shù)中添加了一些輸出信息。
    類中還定義了四個(gè)成員函數(shù)，下面分別分析這四個(gè)函數(shù)的執(zhí)行情況。
    (1) 在main()函數(shù)中調(diào)用func1()：

調(diào)用func1()int main()
{
A a1, a2;
a2.func1(a1);

return 0;
}

func1()輸出結(jié)果Copy

為什么會(huì)有這樣的輸出結(jié)果呢？這是由于func1()中傳遞的是值參數(shù)，因此在執(zhí)行函數(shù)體之前會(huì)先產(chǎn)生一個(gè)臨時(shí)對(duì)象，然后調(diào)用類的拷貝構(gòu)造函數(shù)初始化這個(gè)臨時(shí)對(duì)象，從而輸出了"Copy"。在函數(shù)內(nèi)部操作的是這個(gè)臨時(shí)對(duì)象，對(duì)臨時(shí)對(duì)象所做的任何修改不會(huì)反映到函數(shù)的實(shí)參上。

(2) 在main()函數(shù)中調(diào)用func2()以與func1()對(duì)比：

調(diào)用func2()int main()
{
A a1, a2;
a2.func2(a1);

return 0;
}

func2()輸出結(jié)果

結(jié)果什么也沒有輸出。
這是由于傳入的是一個(gè)引用參數(shù)，因此在函數(shù)內(nèi)部不需要產(chǎn)生一個(gè)臨時(shí)對(duì)象來保存對(duì)象信息，因此不會(huì)調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)。這就是引用參數(shù)的作用，減少一次對(duì)象的拷貝，提高了函數(shù)的效率。

(3) 在main()函數(shù)中調(diào)用func3()：

調(diào)用func3()int main()
{
A a1, a2;
a2 = a1.func3();

return 0;
}

func3()輸出結(jié)果Copy
Assign

為什么會(huì)輸出"Copy"呢？這是因?yàn)楹瘮?shù)采用的是值返回，因此為了保存返回值，需要先創(chuàng)建一個(gè)臨時(shí)對(duì)象，然后調(diào)用類的拷貝構(gòu)造函數(shù)將*this的內(nèi)容拷貝到這個(gè)臨時(shí)對(duì)象中，再將臨時(shí)對(duì)象返回。最后通過賦值函數(shù)將該臨時(shí)對(duì)象的內(nèi)容賦值給新對(duì)象。

(4) 在main()函數(shù)中調(diào)用func4()以與func3()對(duì)比：

調(diào)用func4()int main()
{
A a1, a2;
a2 = a1.func4();

return 0;
}

func4()輸出結(jié)果Assign

只調(diào)用了賦值函數(shù)，這是引用函數(shù)采用的是引用返回，因此直接返回對(duì)象自身的引用*this，不需要?jiǎng)?chuàng)建臨時(shí)對(duì)象來保存對(duì)象信息，因此不會(huì)調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)。最后通過賦值函數(shù)直接將對(duì)象本身的內(nèi)容賦值給新對(duì)象。這就是引用返回值的作用，減少了一次對(duì)象的拷貝，提高了函數(shù)的效率。

總結(jié)一下：在類的成員函數(shù)中，使用引用參數(shù)和引用返回值都不需要產(chǎn)生臨時(shí)對(duì)象，減少了一次對(duì)象的拷貝，提高了函數(shù)的效率。

那么，如果將參數(shù)作為返回值返回，并且用引用接收返回值將會(huì)產(chǎn)生什么效果呢？下面定義四個(gè)全局函數(shù)：

全局函數(shù)A& func5(A& a)
{
return a;
}

A& func6(A a)
{
return a;
}

A func7(A& a)
{
return a;
}

A func8(A a)
{
return a;
}

(5) 在main()函數(shù)中調(diào)用func5()：

調(diào)用func5()int main()
{
      A a1;
      a1.x = 1;
      A& a2 = func5(a1);
      a1.x++;

      cout << a1.x << endl;
      cout << a2.x << endl;

return 0;
}

func5()輸出結(jié)果2
2

func5()采用了引用參數(shù)，并且以引用返回值的方式返回了該參數(shù)，因此a2是a1的一個(gè)引用，對(duì)a1的任何改變都會(huì)反映到a2上，所以a1、a2的成員變量x的值相同。

(6) 在main()函數(shù)中調(diào)用func6()：

調(diào)用func6()int main()
{
      A a1;
      a1.x = 1;
      A& a2 = func6(a1);
      a1.x++;

      cout << a1.x << endl;
      cout << a2.x << endl;

      return 0;
}

編譯的時(shí)候會(huì)報(bào)一個(gè)警告：

警告warning C4172: returning address of local variable or temporary

func6()輸出結(jié)果Copy
2
4198610

警告的意思就是返回了一個(gè)局部變量的引用，這種用法實(shí)際上是錯(cuò)誤的。局部變量在函數(shù)返回前就會(huì)被釋放，因此實(shí)際上a2引用到的一塊不可知的內(nèi)存，這從輸出的a2.x的值"4198610"也可以看出來。至于輸出"Copy"，是因?yàn)椴捎玫氖侵祬?shù)，上面已經(jīng)討論過，這里不再贅述。

(7) 在main()函數(shù)中調(diào)用func7()：

調(diào)用func7()int main()
{
      A a1;
      a1.x = 1;
      const A& a2 = func7(a1);
      a1.x++;

      cout << a1.x << endl;
      cout << a2.x << endl;

return 0;
}

func7()輸出結(jié)果Copy
2
1

這是一種比較特殊的用法，由于func7()采用的是值返回，因此在函數(shù)返回前將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)臨時(shí)對(duì)象，并執(zhí)行一次拷貝構(gòu)造函數(shù)。這樣相當(dāng)于a2引用了一個(gè)臨時(shí)對(duì)象。前面曾經(jīng)說過，臨時(shí)對(duì)象將會(huì)在函數(shù)返回前被釋放，但是為什么這里輸出的結(jié)果是正常的呢？這是一種特殊情況，C++規(guī)定，如果有臨時(shí)對(duì)象有一個(gè)引用，那么這個(gè)臨時(shí)對(duì)象的生存期將延長(zhǎng)到和這個(gè)引用相同。這樣就可以解釋上面的輸出結(jié)果了：a2引用了一個(gè)臨時(shí)對(duì)象，而不是引用了a1，因此a1的任何改變不會(huì)影響到a2。

注意：在VC編譯環(huán)境下，const A& a2 = func7(a1);這行語(yǔ)句前面可以不加"const"，但是在g++或者其他版本的編譯器中不加"const"將會(huì)產(chǎn)生編譯錯(cuò)誤。加上"const" 更加符合C++標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，因?yàn)榕R時(shí)對(duì)象不可見，不允許通過該引用來改變臨時(shí)對(duì)象的內(nèi)容。

(8) 在main()函數(shù)中調(diào)用func8()：

調(diào)用func8()int main()
{
      A a1;
      a1.x = 1;
      const A& a2 = func8(a1);
      a1.x++;

      cout << a1.x << endl;
      cout << a2.x << endl;

      return 0;
}

func8()輸出結(jié)果Copy
Copy
2
1

通過以上的分析，對(duì)這個(gè)輸出結(jié)果也就很好理解了：由于采用的是值參數(shù)，因此在函數(shù)體執(zhí)行前會(huì)調(diào)用一次拷貝構(gòu)造函數(shù)；采用的是值返回值，因此在函數(shù)返回前又會(huì)調(diào)用一次拷貝構(gòu)造函數(shù)，這就是前兩個(gè)"Copy"的由來。另外，a2引用的是一個(gè)臨時(shí)對(duì)象，而不是引用了a1，因此a1的任何改變不會(huì)影響到a2。

    總結(jié)一下：
    如果使用引用接收引用返回值，則返回的引用必須具有較長(zhǎng)的生存期，不可以引用局部變量。
    如果使用引用接收值返回值，則引用了一個(gè)臨時(shí)對(duì)象，該對(duì)象的生存期將延長(zhǎng)到和這個(gè)引用相同。

原文出處：http://www.cnblogs.com/bigshow/archive/2008/11/10/1330514.html

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