读书笔记 effctive c++ Item 20 优先使用按const-引用传递（by-reference-to-const）而不是按值传递(by value)

1. 按值传递参数会有效率问题

默认情况下，C++向函数传入或者从函数传出对象都是按值传递（pass by value）(从C继承过来的典型特性)。除非你指定其他方式，函数参数会用实际参数值的拷贝进行初始化，函数调用者会获得函数返回值的一份拷贝。这些拷贝由对象的拷贝构造函数生成。这使得按值传递（pass-by-value）变成一项昂贵的操作。举个例子，考虑下面的类继承体系(Item 7)：

class Person {

public:

Person(); // parameters omitted for simplicity

virtual ~Person(); // see Item 7 for why this is virtual

...

private:

std::string name;

std::string address;

};

class Student: public Person {

public:

Student(); // parameters again omitted

virtual ~Student();

...

private:

std::string schoolName;

std::string schoolAddress;

};

 

现在考虑下面的代码，在这里我们调用了一个函数，validateStudent，这个函数有一个Student参数（按值），返回值表示验证是否通过：

bool validateStudent(Student s); // function taking a Student

// by value

Student plato; // Plato studied under Socrates

bool platoIsOK = validateStudent(plato); // call the function

 

当函数被调用时会发生什么？

很清楚，Student拷贝构造函数会被调用，用plato来初始化参数s。同样很清楚的是，当validateStudent函数返回后s会被销毁。所以这个函数参数传递的开销是分别调用了构造函数和析构函数。

但这不是所有的开销。一个Student对象中有两个string对象，所以每次你构建一个Student对象的时候你必须构造两个string对象。Student对象继承自Person对象，所以每次你构建一个Student对象你必须构造一个Person对象。一个Person对象中有两个额外的string对象，所以每个Person构造函数同样需要对两个额外的string进行构造。最后结果是按值传递一个Student对象导致对Student拷贝构造函数的一次调用，对Person拷贝构造函数的一次调用，对stirng拷贝构造函数的四次调用。当Student对象的拷贝被释放时，每个构造函数对应的析构函数要被调用，所以按值传递一个Student对象的总开销是6次构造和6次析构！！

2. 按const引用传递会更高效

这是正确的并且令人满意的行为。毕竟，你需要的是所有对象被可靠的初始化和销毁。并且，如果有一种方法能够绕过这些构造函数和析构函数就再好不过了。这种方法是存在的，就是：按const引用进行传递（pass by reference-to-const）。

bool validateStudent(const Student& s);

 

这种用法更具效率：没有构造函数或者析构函数被调用，因为没有新的对象被创建。在修订后版本的参数声明中，const是很重要的。validataStudent的原始版本有一个按值传递的Studetn参数，调用者会知道对被传递进去的Student参数的任何可能的修改都会被屏蔽掉；validateStudent只是在修改它的一份拷贝。现在Student被按照引用进行传递，将其声明为const同样是必须的，否则调用者就会为传递进去的参数是否被修改而担心。

3. 按const引用传递能避免切片问题

按引用传递参数同样避免了切片（slicing）问题。当一个派生类对象被当作一个基类对象被传递时(按值传递),基类的拷贝构造函数会被调用，“使对象的行为看起来像派生类对象“这个特定的特性被“切掉”了。留给你的只剩下一个基类对象，因为是一个基类的构造函数创建了它。这是你永远不希望看到的。举个例子，假设你正在一些类上进行工作，这些类实现了图形化窗口系统：

class Window {

public:

...

std::string name() const; // return name of window

virtual void display() const; // draw window and contents

};

class WindowWithScrollBars: public Window {

public:

...

virtual void display() const;

};

 

所有的窗口对象都有一个名字，你可以通过name函数来获取它，并且所有的窗口都能被显示出来，你可以通过触发display函数来实现。Display函数为虚函数的事实告诉你基类Windows对象的显示方式同WindowWithScrollBars对象的显示方式是不同的（Item 34和Item 36）。

现在假设你实现了一个函数，先打印窗口的名字然后让窗口显示出来。下面是实现这样一个函数的错误的方式：

void printNameAndDisplay(Window w) // incorrect! parameter

{ // may be sliced!

std::cout << w.name();

w.display();

}

 

考虑当你使用一个WindowWithScrollBars对象作为参数调用这个函数会发生什么：

WindowWithScrollBars wwsb;

printNameAndDisplay(wwsb);

 

 参数w将会被构造，它是按值传递的，所以w作为一个Window对象，所有让wwsb看起来像一个WIndowWithScrollBars对象的特定信息都会被切除。在printNameAndDispay内部，w的行为总是会像Window对象一样（因为他是一个Window类的对象），而不管传入函数的参数类型是什么。特别的，在printNameAndDisplay内部对display的调用总是会调用Window::display，永远不会调用WindowWithScrollBars::display。

解决切片问题的方法是将w按const引用传递进去（by reference-to-const）:

void printNameAndDisplay(const Window& w) // fine, parameter won’t

{ // be sliced

std::cout << w.name();

w.display();

}

 

现在w的行为会和传入参数的实际类型一致了。

4. 什么情况下按值传递是合理的

如果你偷看一下C++编译器的底层，你将会发现引用是按照指针来进行实现的，所以按引用传递一些东西就意味着传递一个指针。因此，如果你有一个内建类型的对象（例如int）按值传递比按引用传递效率更高。对于内建类型来说，当你在按值传递和按引用传递之间进行选择时，选择按值传递是合理的。这对于STL中的迭代器和函数对象同样适用，因为按照惯例，它们被设计成按值传递。迭代器和函数对象的设计者有责任留意下面两个问题：高效的拷贝和不用忍受切片问题。（这是一个规则如何被改变的例子，取决于你使用C++的哪一部分 见 Item 1。）

5. 并不是对象小就应该按值传递

内建类型占用了很少的内存，所以一些人得出结论：所有这样的小的类型都是按值传递的候选者，即使它们是用户定义的类型。这个原因是靠不住的。因为一个对象占用内存少并不意味这调用它的拷贝构造函数不昂贵。许多对象——这些对象中的大多数STL容器——仅仅包含一个指针，但是拷贝这些对象会拷贝它们指向的所有东西。这可是非常昂贵的操作。

即使是当小对象的拷贝构造函数的调用开销很小时，也会有性能问题。一些编译器对于内建类型和用户自定义类型有不同的对待方式，即使它们有相同的底层表示(underlying representation）。举个例子，一些编译器拒绝将只含有一个double数值的对象放入缓存中，却很高兴的为一个赤裸裸的double这么做。当这类事情发生的时候，将这些对象按引用传递会更好，因为编译器会将指针（引用的实现）放入缓存中。

另外一个小的用户自定义类型不是按值传递的好的候选者的原因是，作为用户自定义类型，它们的大小会发生变化。一个类型现在可能很小但是在将来的发布中可能会变的更大，因为它的内部实现可能发生变化。当你切换到一个不同的C++实现时事情也有可能发生变化。举个例子，标准库的string类型的一些实现比其他实现大6倍。

一般情况下，你能够对“按值传递是不昂贵的”进行合理假设的唯一类型就是内建类型和STL迭代器以及函数对象。对于其它的任何类型，遵循这个条款的建议，优先使用按const引用传递而不是按值传递。

6. 总结

• 优先使用按const-引用传递而不是按值传递。它更具效率并且能够避免切片问题。
• 这个规则不适用于内建类型，STL迭代器和函数对象类型。对于它们来说，按值传递通常是合适的。