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20:宁以pass-by-reference-to-const替换pass-by-value

时间:2018-08-08 05:07:02

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20:宁以pass-by-reference-to-const替换pass-by-value

缺省条件下C++以by value方式传递对象至函数。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值的一个复件。这些复件(副本)有对象的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。

考虑以下class继承体系:

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

现在考虑以下代码,其中调用函数validateStudent,后者需要一个Student实现(by value)并返回它是否有效:

bool validateStudent(Student s);//函数以by value方式传参Student plato;bool platoIsok=validateStudent(plato);

当上述函数被调用时,会发生什么?

Student的copy构造函数会被调用,以plato为蓝本将s初始化,同样,当validateStudent返回s后,会被销毁。

但不仅仅是这样,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。一个Person对象又有两个stirng对象在其中,因此每次Person构造动作又需承担两个string构造动作。

最终,以by value方式传递一个Student对象会导致调用一次Student copy构造函数、一次Person copy构造函数、四次string copy构造函数。当函数内的哪个Student复件被销毁,每一个构造函数调用动作需要一个对应的析构函数调用动作。

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”。

尽管上述行为是正确的,但有没有什么方法可以回避那些构造和析构动作?

那就是pass by reference-to-const:

bool validateStudent(const Student& s);

这种传递方式的效率高得多:没有任何构造函数或析构函数被调用,因为没有任何新对象被创建。

注意,上述参数中含有const,因为原先以by value方式接受一个参数,因此调用者知道它们受到保护,函数绝不会对传入的Student作任何改变;valudateStudent只能对其副本做修改。现在Student以by reference方式传递,将它声明为const是必要的,因为不这样做的话,调用者不会知道validataStudent会不会改变他们传入的那个Student。

以by reference方式传递参数也可以避免slicing(对象切割)问题。当一个derived class以by value方式传递给本应接受base class的函数,它会被视作一个base class对象,base class的拷贝构造函数会被调用,而“造成此对象的行为像个derived class对象”的那些特化性质全被切割掉了,仅仅留下一个base class对象。

例:

class Window{public:std::string name() const;//返回窗口名称virtual void display() const;//显示窗口和其内容};class WindowWithScrollBars: public Window{public:virtual void display() const;};

假设你希望写个函数打印窗口名称,然后显示该窗口。下面是错误的代码:

void printNameAndDsiplay(Window w){std::cout<<w.name();w.display();}

当你调用上述函数并交给它一个WindowWithScrollBars对象,会发生什么事?

WindowWithScrollBars wwsb;printNameAndDisplay(wwsb);

wwsb会被构造成为一个Window对象,它的所有特化信息都会被切除,因此在printNameAndDisplay内调用display调用的总是Window::display,绝不会是WindowWithScrollBars::display。

解决切割问题的方法是以by reference-to-const的方式传递w:

void printNameAndDisplay(const Window& w)//参数不会被切割{std::cout<<w.name();w.display();}

现在,传进来的窗口是什么类型,w就表现出那种类型。

若你有个对象属于内置类型(例如int),pass by value往往比pass by reference的效率高。对于内置类型而言,当你有机会采用pass-by-value或pass-by-reference-to-const时,选择pass-by-value并非没有道理。这也适用于STL的迭代器和函数对象,因为习惯上它们都被设计为pass by value。

总结

1.尽量以pass-by-reference-to-const替换pass-by-value。前者通常比较高效,并可避免切割问题。

2.以上规则并不适用于内置类型,以及STL的迭代器和函数对象。对它们而言,pass-by-value往往比较适当。

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