条款29: 避免返回内部数据的句柄

假设b是一个const string对象：

class string {
public:
  string(const char *value);        // 具体实现参见条款11
  ~string();                        // 构造函数的注解参见条款m5

  operator char *() const;          // 转换string -> char*;
                                    // 参见条款m5
  ...

private:
  char *data;
};

const string b("hello world");      // b是一个const对象

看看下面的情形：

char *str = b;               // 调用b.operator char*()

strcpy(str, "hi mom");       // 修改str指向的值

b的值现在还是"hello world"吗？或者，它是否已经变成了对母亲的问候语？答案完全取决于string::operator char*的实现。

下面是一个有欠考虑的实现，它导致了错误的结果。但是，它工作起来确实很高效，所以很多程序员才掉进它的错误陷阱之中：

// 一个执行很快但不正确的实现
inline string::operator char*() const
{ return data; }

这个函数的缺陷在于它返回了一个"句柄"（在本例中，是个指针），而这个句柄所指向的信息本来是应该隐藏在被调用函数所在的string对象的内部。这样，这个句柄就给了调用者自由访问data所指的私有数据的机会。换句话说，有了下面的语句：

char *str = b;

情况就会变成这样：

str------------------------->"hello world\0"

显然，任何对str所指向的内存的修改都使得b的有效值发生变化。所以，即使b声明为const，而且即使只是调用了b的某个const成员函数，b也会在程序运行过程中得到不同的值。特别是，如果str修改了它所指的值，b也会改变。

string::operator char*本身写的没有一点错，麻烦的是它可以用于const对象。如果这个函数不声明为const，就不会有问题，因为这样它就不能用于象b这样的const对象了。(const对象不能调用非const成员函数)

但是，将一个string对象转换成它相应的char*形式是很合理的一件事，无论这个对象是否为const。所以，还是应该使函数保持为const。这样的话，就得重写这个函数，使得它不返回指向对象内部数据的句柄：

// 一个执行慢但很安全的实现
inline string::operator char*() const
{
  char *copy = new char[strlen(data) + 1];
  strcpy(copy, data);

  return copy;

}

这个实现很安全，因为它返回的指针所指向的数据只是string对象所指向数据的拷贝；通过函数返回的指针无法修改string对象的值。当然，安全是要有代价的：这个版本的string::operator char* 运行起来比前面那个简单版本要慢；此外，函数的调用者还要记得delete掉返回的指针。

如果不能忍受这个版本的速度，或者担心内存泄露，可以来一点小小的改动：使函数返回一个指向const char的指针：

class string {
public:
  operator const char *() const;

  ...

};

inline string::operator const char*() const
{ return data; }

指针并不是返回内部数据句柄的唯一途径。引用也很容易被滥用。下面是一种常见的用法，还是拿string类做例子：

class string {
public:

  ...

  char& operator[](int index) const
  { return data[index]; }

private:
  char *data;
};

string s = "i'm not constant";

s[0] = 'x';               // 正确, s不是const

const string cs = "i'm constant";

cs[0] = 'x';              // 修改了const string，
                          // 但编译器不会通知

注意string::operator[]是通过引用返回结果的。这意味着函数的调用者得到的是内部数据data[index]的另一个名字，而这个名字可以用来修改const对象的内部数据。这个问题和前面看到的相同，只不过这次的罪魁祸首是引用，而不是指针。

这类问题的通用解决方案和前面关于指针的讨论一样：或者使函数为非const(const对象就不能调用该函数了)，或者重写函数，使之不返回句柄(返回const引用即可)。如果想让string::operator[]既适用于const对象又适用于非const 对象，可以参见条款21。

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并不是只有const成员函数需要担心返回句柄的问题，即使是非const成员函数也得承认：句柄的合法性失效的时间和它所对应的对象是完全相同的。这个时间可能比用户期望的要早很多，特别是当涉及的对象是由编译器产生的临时对象时。

例如，看看这个函数，它返回了一个string对象：

string somefamousauthor()           // 随机选择一个作家名
{                                   // 并返回之

  switch (rand() % 3) {             // rand()在<stdlib.h>中
                                    // (还有<cstdlib>。参见条款49)
  case 0:
    return "margaret mitchell";     // 此作家曾写了 "飘"，
                                    // 一部绝对经典的作品
  case 1:
    return "stephen king";          // 他的小说使得许多人
                                    // 彻夜不眠
  case 2:
    return "scott meyers";          // 嗯...滥竽充数的一个
  }                                
                                   

  return "";                        // 程序不会执行到这儿，
                                    // 但对于一个有返回值的函数来说，
                                    // 任何执行途径上都要有返回值
}

somefamousauthor的返回值是一个string对象，一个临时string对象（参见条款m19）。这样的对象是暂时性的，它们的生命周期通常在函数调用表达式结束时终止。例如上面的情况中，包含somefamousauthor函数调用的表达式结束时，返回值对象的生命周期也就随之结束。

具体看看下面这个使用somefamousauthor的例子，假设string声明了一个上面的operator const char*成员函数：

const char *pc = somefamousauthor();

cout << pc;                  

不论你是否相信，谁也不能预测这段代码将会做些什么，至少不能确定它会做些什么。因为当你想打印pc所指的字符串时，字符串的值是不确定的。造成这一结果的原因在于pc初始化时发生了下面这些事件：
1. 产生一个临时string对象用以保存somefamousauthor的返回值(默认拷贝构造函数，浅拷贝指针)。
2. 通过string的operator const char*成员函数将临时string对象转换为const char*指针，并用这个指针初始化pc。
3. 临时string对象被销毁，其析构函数被调用(我感觉临时对象没有被销毁，但是函数内部string对象被销毁，而临时对象浅拷贝指针，所以临时对象的data指针指向无效的内存空间)。析构函数中，data指针被删除（代码详见条款11）。然而，data和pc所指的是同一块内存，所以现在pc指向的是被删除的内存--------其内容是不可确定的。