每周技巧 #107：引用生命周期延长

本文翻译自 Abseil 官网的 Tip of the Week #107: Reference Lifetime Extension。

原文最初作为 totw/107 发布于 2015 年 12 月 10 日。

作者：Titus Winters (titus@google.com)

TotW 101 之后，有一些关于引用和生命周期的困惑反馈。因此在本技巧中，我们会更深入讨论这个问题：“什么时候会应用引用生命周期延长？”

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string Foo::GetName();

const string& name = obj.GetName();  // 这安全吗/合法吗？

简而言之，临时对象（被引用物）的生命周期会被延长，当且仅当：

• 一个局部 const T&（或 T&&，尽管 Google 风格通常忽略这一点）被初始化为某个表达式的结果；该表达式通常是函数调用，并返回临时 T，或者返回临时对象的 T 子对象（例如包含 T 的 struct）。

标准语言可能有点难拆解，所以我们讨论一些边界情况来澄清：

• 赋给 T& 时不适用，必须是 const T&。（否则是编译错误。）
• 如果涉及（非多态）类型转换，则不适用。例如，从 string 赋给 const absl::string_view& 不会延长 string 的生命周期。（你首先也不该使用 const absl::string_view&，但那是另一个问题。）
• 当你间接获取子对象时不适用：编译器不会看穿函数调用（getter 或类似函数）。子对象形式只在你直接从临时对象的 public 成员变量子对象赋值时有效。（所以这并不常见，因为我们很少有返回临时 struct 的表达式。）
• 允许类型转换的一种情况是：把 U 的临时对象赋给 T&，其中 T 是 U 的父类。请不要这样做：这比其他情况更让读者困惑。

如果临时对象的生命周期被延长，它会一直持续到引用离开作用域。如果临时对象的生命周期没有按上述方式延长，被引用的 T 会在语句结束时销毁（也就是遇到下一个 ; 时）。

按照 TotW 101 的建议，在显式引用初始化这种情况下，你大概不应该依赖生命周期延长：它并没有给你带来多少（或任何）性能收益，而且微妙、脆弱，容易给评审者和未来维护者增加额外工作。

有些微妙场景中，生命周期延长确实会发生，而且必要、有益（例如对临时容器做 ranged-for），但同样，延长的只是临时表达式结果的生命周期，不包括任何子表达式。例如，下面可以工作：

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std::vector<int> GetInts();
for (int i : GetInts()) { }  // vector 的生命周期延长很重要

// 为这个字符串中的每个 char 返回大小为 1 的 string_view。
std::vector<absl::string_view> Explode(const string& s);

// 生命周期延长作用在 vector 上，但*不会*作用在临时 string 上！
for (absl::string_view s : Explode(StrCat("oo", "ps"))) { }  // 错误

下面不能工作：

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MyProto GetProto();

// 这里*不会*发生生命周期延长：sub_protos（一个 repeated field）
// 会随着 MyProto 离开作用域而销毁，而生命周期延长规则
// 不会在这里魔法般地延长 GetProto() 返回的 MyProto 生命周期。
// 子对象生命周期延长只适用于简单的 is-a-member-of 关系：
// 编译器看不出 sub_protos() 本身返回的是外层临时对象的子对象引用。
for (const SubProto& p : GetProto().sub_protos()) { }  // 错误