每周技巧 #101：返回值、引用和生命周期

本文翻译自 Abseil 官网的 Tip of the Week #101: Return Values, References, and Lifetimes。

原文最初作为 totw/101 发布于 2015 年 7 月 29 日。

作者：Titus Winters (titus@google.com)

考虑下面这段代码：

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const string& name = obj.GetName();
std::unique_ptr<Consumer> consumer(new Consumer(name));

我特别想让你注意这里的 &。它合适吗？我们应该检查什么？可能出什么问题？我发现相当多 C++ 程序员并不完全清楚引用，但通常知道它们“避免拷贝”。和 C++ 中大多数问题一样，事情比这更复杂。

逐案分析：返回了什么，又如何存储？

这里有两个（也许三个）重要问题：

1. 返回的是什么类型（在这个例子里，是 GetName() 返回什么）？
2. 我们正在存入/初始化什么类型（在这个例子里，name 的类型是什么）？
3. 如果返回的是引用，被引用返回的对象是否有任何生命周期限制？

我们会继续用 string 作为示例类型，但同样的论证可以推广到大多数非平凡值类型。

1. 返回 string，初始化 string：这通常是 RVO，而且对现代类型来说，最坏也保证是一次移动（见 TotW 77）。
2. 返回 string& 或 const string&，初始化 string：这是一次拷贝（一定存在某个长寿命对象，我们正在返回它的引用；一旦初始化一个新 string，就有两个名字指向这些数据，因此是拷贝。见 TotW 77）。有时这很有价值，比如你需要自己的 string 活得比函数提供的生命周期保证更久。
3. 返回 string，初始化 string&：这无法编译，因为不能把引用绑定到临时对象。
4. 返回 const string&，初始化 string&：这无法编译，因为你不恰当地丢掉了 const。
5. 返回 const string&，初始化 const string&：这没有成本（实际上你只是返回一个指针）。不过，你继承了任何已有生命周期限制：这个引用能有效多久？大多数返回引用的访问器方法返回的是成员，引用最多只能在包含对象的生命周期内有效。
6. 返回 string&，初始化 string&：这和 #5 相同，但有额外注意点：返回引用是非 const 的，因此你对该引用的任何修改都会反映到源对象上。
7. 返回 string&，初始化 const string&：同 #5。
8. 返回 string，初始化 const string&：考虑到 #3，你可能以为这行不通。不过，语言对此有特殊支持：如果你用一个临时 T 初始化 const T&，这个 T（此处为 string）直到该引用离开作用域才会被销毁（在常见的自动变量或静态变量情况下）。

场景 #8 让大多数反射式使用引用的写法能够成立（也就是“噢，我不想拷贝，所以直接赋给引用吧”，却不一定思考返回的到底是什么）。不过，因为 #1，它实际上也没有真正帮你什么：很可能一开始就不会有拷贝。更进一步，现在你的代码读者必须处理局部变量类型是 const string& 而不是 string 这件事，并因此担心底层 string 是否已经离开作用域或发生变化。

换句话说，在评审最初那段代码时，我必须担心：

• GetName() 是按值返回还是按引用返回？
• Consumer 的构造函数接收 string、const string& 还是 string_view？
• 构造函数是否对该参数有任何生命周期要求？（如果它不只是 string。）

然而，如果你一开始就把 name 声明为 string，通常并不会更低效（因为 RVO 和移动语义），而且至少同样可能在对象生命周期方面安全。

另外，如果确实存在对象生命周期问题，存储为 string 时往往更容易发现：不需要观察 GetName() 返回引用的生命周期承诺和 SetName() 生命周期要求之间的相互作用；拥有自己的 string 意味着只需要看本地代码和 SetName()。

所有这些意思是：避免拷贝没问题，只要你没有让事情变得更复杂。在本来就不会发生拷贝时让代码更复杂，并不是好的权衡。