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2019
11-29

条款22- 尽量用“传引用”而不用“传值”

c语言中,什么都是通过传值来实现的,c++继承了这一传统并将它作为默认方式。除非明确指定,函数的形参总是通过
“实参的拷贝”来初始化的,函数的调用者得到的也是函数返回值的拷贝。
正如我在本书的导言中所指出的,“通过值来传递一个对象”的具体含义是由这个对象的类的拷贝构造函数定义的。这使
得传值成为一种非常昂贵的操作。例如,看下面这个(只是假想的)类的结构:

条款22- 尽量用“传引用”而不用“传值” - 第1张  | 逗分享开发经验代码

class person {
public:
person(); 
// 为简化,省略参数
//
~person();
...
private:
string name, address;
};
class student: public person {
public:
student(); 
// 为简化,省略参数
//
~student();
...
private:
string schoolname, schooladdress;
};

 

现在定义一个简单的函数returnstudent,它取一个student参数(通过值)然后立即返回它(也通过值)。定义完后,调用这
个函数:
student returnstudent(student s) { return s; }
student plato; // plato(柏拉图)在
// socrates (苏格拉底)门下学习
returnstudent(plato); // 调用returnstudent
这个看起来无关痛痒的函数调用过程,其内部究竟发生了些什么呢?
简单地说就是:首先,调用了student的拷贝构造函数用以将s初始化为plato;然后再次调用student的拷贝构造函数用以将函
数返回值对象初始化为s;接着,s的析构函数被调用;最后,returnstudent返回值对象的析构函数被调用。所以,这个什么
也没做的函数的成本是两个student的拷贝构造函数加上两个student析构函数。
但没完,还有!student对象中有两个string对象,所以每次构造一个student对象时必须也要构造两个string对象。student对象
还是从person对象继承而来的,所以每次构造一个student对象时也必须构造一个person对象。一个person对象内部有另外两
个string对象,所以每个person的构造也必然伴随另两个string的构造。所以,通过值来传递一个student对象最终导致调用了
一个student拷贝构造函数,一个person拷贝构造函数,四个string拷贝构造函数。当student对象被摧毁时,每个构造函数对
应一个析构函数的调用。所以,通过值来传递一个student对象的最终开销是六个构造函数和六个析构函数。因为
returnstudent函数使用了两次传值(一次对参数,一次对返回值),这个函数总共调用了十二个构造函数和十二个析构函
数!
在c++编译器的设计者眼里,这是最糟糕的情况。编译器可以用来消除一些对拷贝构造函数的调用(c++标准——见条款
50—— 描述了具体在哪些条件下编译器可以执行这类的优化工作,条款m20给出了例子)。一些编译器也这样做了。但在不
是所有编译器都普遍这么做的情况下,一定要对通过值来传递对象所造成的开销有所警惕。
为避免这种潜在的昂贵的开销,就不要通过值来传递对象,而要通过引用:
const student& returnstudent(const student& s)
{ return s; }
这会非常高效:没有构造函数或析构函数被调用,因为没有新的对象被创建。
通过引用来传递参数还有另外一个优点:它避免了所谓的“切割问题(slicing problem)”。当一个派生类的对象作为基类
对象被传递时,它(派生类对象)的作为派生类所具有的行为特性会被“切割”掉,从而变成了一个简单的基类对象。这
往往不是你所想要的。例如,假设设计这么一套实现图形窗口系统的类:

class window {
public:
string name() const// 返回窗口名
virtual void display() const// 绘制窗口内容
};
class windowwithscrollbars: public window {
public:
virtual void display() const;
};

 

每个window对象都有一个名字,可以通过name函数得到;每个窗口都可以被显示,着可以通过调用display函数实现。
display声明为virtual意味着一个简单的window基类对象被显示的方式往往和价格昂贵的windowwithscrollbars对象被显示的方
式不同(见条款36,37,m33)。
现在假设写一个函数来打印窗口的名字然后显示这个窗口。下面是一个用错误的方法写出来的函数:
// 一个受“切割问题”困扰的函数
void printnameanddisplay(window w)
{
cout << w.name();
w.display();
}
想象当用一个windowwithscrollbars对象来调用这个函数时将发生什么:
windowwithscrollbars wwsb;
printnameanddisplay(wwsb);
参数w将会作为一个windows对象而被创建(它是通过值来传递的,记得吗?),所有wwsb 所具有的作为
windowwithscrollbars对象的行为特性都被“切割”掉了。printnameanddisplay内部,w的行为就象是一个类window的对象
(因为它本身就是一个window的对象),而不管当初传到函数的对象类型是什么。尤其是,printnameanddisplay内部对
display的调用总是window::display,而不是windowwithscrollbars::display。
解决切割问题的方法是通过引用来传递w:
// 一个不受“切割问题”困扰的函数
void printnameanddisplay(const window& w)
{
cout << w.name();
w.display();
}
现在w的行为就和传到函数的真实类型一致了。为了强调w虽然通过引用传递但在函数内部不能修改,就要采纳条款21的建
议将它声明为const。
传递引用是个很好的做法,但它会导致自身的复杂性,最大的一个问题就是别名问题,这在条款17进行了讨论。另外,更
重要的是,有时不能用引用来传递对象,参见条款23。最后要说的是,引用几乎都是通过指针来实现的,所以通过引用传
递对象实际上是传递指针。因此,如果是一个很小的对象——例如int—— 传值实际上会比传引用更高效。

最后编辑:
作者:搬运工
这个作者貌似有点懒,什么都没有留下。