• Effective C++条款20:宁以passbyreferencetoconst替换passbyvalue


    要点:

    • 尽量以pass-by-reference-to-const替换pass-by-value,这通常比较高效,并可避免由子类对象拷贝成基类时的对象切割问题
    • 对于内值类型、STL迭代器和函数对象应该采用pass-by-value的形式。

    缺省情况下c++以by value 的方式传递对象(或来自)函数。函数参数是以实参的副本为初值,用函数获得的也是函数返回值的一个副本 这些副本由对象的copy构造函数产出,这可能使得pass-by-value成为昂贵的操作:

    class Person 
    { 
    public: 
        Person(); 
        virtual ~Person(); 
    protected: 
    private: 
        std::string name; 
        std::string address; 
    };
    
    class Student : public Person{ 
    public: 
        Student(); 
        ~Student(); 
    private: 
        std::string schoolName; 
        std::string schoolAddress; 
    };
    
    bool validateStudent(Student s); 
    Student plato; 
    bool platoIsOK = validateStudent(plato);

    当上述函数调用validateStudent(plato);时,Student的copy构造函数被调用,以plato为蓝本将s初始化。当validateStudent返回s被销毁。所以参数的传递成本是“一次Student copy构造函数调用,一次Student析构函数调用”。

    但是还不是整个故事,Student对象内有两个string对象,Student对象继承自Person对象,因此必须构造出Person对象,Person对象又有两个string在其中。

    因此以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。当那个Student复件被销毁,每个构造函数动作多需要一个对应的析构函数调用动作。所以总体成本是“六次构造函数和六次析构函数”!

    回避这些构造和析构的方法就是pass-by-reference-to-const:

    bool validateStudent(const Student& s);

    这种方式没有任何构造和析构函数被调用,因为没有任何新对象被创建。const是必要的,调用者不用担心validateStudent改变他们传入的那个Student。

    by reference传递参数还可以避免slicing(对象切割)问题。当一个derived class对象以by value传递给一个base class对象,base class的copy构造函数被调用,而“构造此对象的行为像个derived class对象”的那些特化性质被切割掉了,仅留下一个base class对象。

    class Window 
    { 
    public: 
        std::string name() const; 
        virtual void display() const; 
    };
    
    class WindowWithScrollBars : public Window 
    { 
    public: 
        virtual void display() const; 
    };
    
    void printNameAndDisplay(Window w) 
    { 
        std::cout << w.name(); 
        w.display(); 
    }
    
    WindowWithScrollBars wwsb; 
    printNameAndDisplay(wwsb);


    w会被构造成一个Window对象:他是pass-by-value,造成wwsb“之所以是个WindowWithScrollBars对象”的所有特化信息被切除。所以display调用的总是Window::display()。

    解决切割的方法,就是以by reference to const的方式传递w:

    void printNameAndDisplay(const Window& w) 
    { 
        std::cout << w.name(); 
        w.display(); 
    }

    窥视c++编译器的底层,你会发现,reference往往以指针实现出来,因此pass-by-reference通常意味着传递的是指针。因此如果你有个对象属于内置类型(例如int)pass by value往往比pass by reference的效率要高些。这个忠告也适用于stl的迭代器和函数对象,因此它们习惯上被设计为pass by value。实践者有责任看看它们是否高效且不受切割问题的影响。

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