每周技巧 #116：在参数上保留引用

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本文翻译自 Abseil 官网的 Tip of the Week #116: Keeping References on Arguments。

原文最初作为 TotW #116 发布于 2016 年 5 月 26 日。

更新于 2020 年 6 月 1 日。

“从绘画到图像，从图像到文字，从文字到声音，一种想象中的指针指示、展示、固定、定位、强加一套引用系统，并试图稳定一个唯一空间。”— Michel Foucault, This is Not a Pipe

const 引用与指向 const 的指针

作为函数参数使用时，const 引用相较于指向 const 的指针有几个优点：它们不能为 null，而且很清楚函数没有取得对象所有权。但它们也有一些其他差异，有时会带来问题：它们更隐式（也就是说，调用点没有任何东西显示我们正在取得引用），并且它们可以绑定到临时对象。

类中的悬垂引用风险

以下面这个类为例：

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class Foo {
 public:
  explicit Foo(const std::string& content) : content_(content) {}
  const std::string& content() const { return content_; }

 private:
  const std::string& content_;
};

它看起来很合理。但如果我们用字符串字面量构造一个 Foo 会怎样？

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void Func() {
  Foo foo("something");
  LOG(INFO) << foo.content();  // BOOM!
}

创建 foo 时，content_ 成员会绑定到一个临时 std::string 对象。这个临时对象由字面量创建，并传给构造函数。临时字符串会在它被创建的那一行结束时离开作用域。现在 foo.content_ 是对一个已经不存在对象的引用。访问它是未定义行为，什么都可能发生：从测试里看起来正常，到生产中严重出错。

一个解决方案：使用指针

在我们的例子中，最简单的解决方案可能是按值传递并存储字符串。但假设我们确实需要引用原始参数，例如它不是字符串，而是某种更有意思的类型。解决方案是按指针传递参数：

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class Foo {
 public:
  // 不要忘记这条注释：
  // 不取得 content 的所有权；content 必须指向一个有效字符串，
  // 且该字符串必须比本对象活得更久。
  explicit Foo(const std::string* content) : content_(content) {}
  const std::string& content() const { return *content_; }

 private:
  const std::string* const content_;  // 不拥有，不能为 null
};

现在下面的代码会直接无法编译：

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std::string GetString();
void Func() {
  Foo foo1(&GetString());  // 错误：获取 std::string 类型临时对象的地址
  Foo foo2(&"something");  // 错误：没有匹配的 Foo 初始化构造函数
}

而在调用点也会很清楚，这个对象可能保留参数地址：

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void Func2() {
  std::string content = GetString();
  Foo foo(&content);
}

再进一步，少一条注释：存储引用

你可能注意到，我们说了两次指针不能为 null 且不拥有对象：一次在构造函数文档里，一次在实例变量注释里。这有必要吗？考虑下面这样：

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class Baz {
 public:
  // 不取得任何所有权，所有指针都必须指向有效对象，
  // 且这些对象必须比被构造对象活得更久。
  explicit Baz(const Arg1* arg1, Arg2* arg2) : arg1_(*arg1), arg2_(*arg2) {}

 private:
  // 现在很清楚：我们不拥有对象，而且引用不能为空。
  const Arg1& arg1_;
  Arg2& arg2_;  // 是的，非 const 引用符合风格要求！
};

引用类型成员的一个缺点是你不能重新赋值，这意味着你的类不会有拷贝赋值运算符（拷贝构造函数仍然可以）。但为了遵守 rule of 3，显式删除它可能是合理的。如果你的类应该可赋值，你就需要非 const 指针，仍然可以指向 const 对象。技巧 #177 会更详细讨论这一点。

如果你想纵深防御，认为某个调用方可能意外传入 null 指针，可以使用 *ABSL_DIE_IF_NULL(arg1) 来触发崩溃。注意，直接解引用 null 指针并不像通常认为的那样保证崩溃；它是未定义行为，不应该依赖。这里可能发生的是：由于引用实现为指针，它只是被复制，真正访问该字段时才会在之后崩溃。

结论

如果参数会被复制，或者只在构造函数中使用、不会在构造出的对象中保留引用，那么把参数按 const 引用传给构造函数仍然没问题。在其他情况下，请考虑按指针传参（指向 const 或非 const 都可以）。还要记住，如果你实际上正在转移对象所有权，就应该用 std::unique_ptr 传递。

最后，这里讨论的内容并不限于构造函数：任何以某种方式保留某个参数别名的函数，无论是把指针放进缓存，还是把参数绑定到分离函数中，都应该按指针接收该参数。

每周技巧 #116：在参数上保留引用

const 引用与指向 const 的指针

类中的悬垂引用风险

一个解决方案：使用指针

再进一步，少一条注释：存储引用

结论

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