引用参数与引用返回值[转]

From: http://www.cnblogs.com/bigshow/archive/2008/11/10/1330514.html

    经常看到这样的声明：T& func(T& t)，这种声明和T func(T t)有什么区别？书上的解释是为了提高效率，究竟是如何提高效率的呢？内部执行了什么操作？本文通过8个小例子对引用参数和引用返回进行了一次彻底的排查。
    首先看一下在类的成员函数中的引用参数和引用返回值：

类定义

class A
{
     public:
      int x;

      A(){}//构造函数
      A(const A& other)//拷贝构造函数
      {
            this->x = other.x;
            cout << "Copy" << endl;
      }

      ~A(){}//析构函数

      A& operator=(const A& other)//赋值函数
      {
            this->x = other.x;
            cout << "Assign" << endl;
            return *this;
      }

      void func1(A a)
      {

      }

      void func2(A& a)
      {

      }

      A func3()
      {
            return *this;
      }
 
      A& func4()
      {
            return *this;
      }
};

    这个类很简单，只有一个成员变量x，并且定义了默认构造函数、拷贝构造函数、析构函数和赋值函数。为了能够更清楚地看到哪个拷贝构造函数与赋值函数是否被调用，在这两个函数中添加了一些输出信息。
    类中还定义了四个成员函数，下面分别分析这四个函数的执行情况。
   (1) 在main()函数中调用func1()：

调用func1()

int main()
{
      A a1, a2;
      a2.func1(a1);

      return 0;
}

func1()输出结果

Copy

    为什么会有这样的输出结果呢？这是由于func1()中传递的是值参数，因此在执行函数体之前会先产生一个临时对象，然后调用类的拷贝构造函数初始化这个临时对象，从而输出了"Copy"。在函数内部操作的是这个临时对象，对临时对象所做的任何修改不会反映到函数的实参上。

    (2) 在main()函数中调用func2()以与func1()对比：

调用func2()

int main()
{
      A a1, a2;
      a2.func2(a1);

      return 0;
}

func2()输出结果

    结果什么也没有输出。
    这是由于传入的是一个引用参数，因此在函数内部不需要产生一个临时对象来保存对象信息，

因此不会调用拷贝构造函数。这就是引用参数的作用，减少一次对象的拷贝，提高了函数的效率。

    (3) 在main()函数中调用func3()：

调用func3()

int main()
{
      A a1, a2;
      a2 = a1.func3();

      return 0;
}

func3()输出结果

Copy
Assign

    为什么会输出"Copy"呢？这是因为函数采用的是值返回，因此为了保存返回值，需要先创建一个临时对象，然后调用类的拷贝构造函数将*this的内容拷贝到这个临时对象中，再将临时对象返回。最后通过赋值函数将该临时对象的内容赋值给新对象。

   (4) 在main()函数中调用func4()以与func3()对比：

调用func4()

int main()
{
A a1, a2;
a2 = a1.func4();

return 0;
}

func4()输出结果

Assign

    只调用了赋值函数，这是引用函数采用的是引用返回，因此直接返回对象自身的引用*this，不需要创建临时对象来保存对象信息，因此不会调用拷贝构造函数。最后通过赋值函数直接将对象本身的内容赋值给新对象。这就是引用返回值的作用，减少了一次对象的拷贝，提高了函数的效率。

    总结一下：在类的成员函数中，使用引用参数和引用返回值都不需要产生临时对象，减少了一次对象的拷贝，提高了函数的效率。

    那么，如果将参数作为返回值返回，并且用引用接收返回值将会产生什么效果呢？下面定义四个全局函数：

全局函数

A& func5(A& a)
{
      return a;
}

A& func6(A a)
{
      return a;
}

A func7(A& a)
{
      return a;
}

A func8(A a)
{
      return a;
}

   (5) 在main()函数中调用func5()：

调用func5()

int main()
{
      A a1;
      a1.x = 1;
      A& a2 = func5(a1);
      a1.x++;
 
      cout << a1.x << endl;
      cout << a2.x << endl;

      return 0;
}

func5()输出结果

2
2

    func5()采用了引用参数，并且以引用返回值的方式返回了该参数，因此a2是a1的一个引用，对

a1的任何改变都会反映到a2上，所以a1、a2的成员变量x的值相同。

    (6) 在main()函数中调用func6()：

调用func6()

int main()
{
      A a1;
      a1.x = 1;
      A& a2 = func6(a1);
      a1.x++;
 
      cout << a1.x << endl;
      cout << a2.x << endl;
 
      return 0;
}

编译的时候会报一个警告：

警告

warning C4172: returning address of local variable or temporary

func6()输出结果

Copy
2
4198610

    警告的意思就是返回了一个局部变量的引用，这种用法实际上是错误的。局部变量在函数返回

前就会被释放，因此实际上a2引用到的一块不可知的内存，这从输出的a2.x的值"4198610"也可以看出来。至于输出"Copy"，是因为采用的是值参数，上面已经讨论过，这里不再赘述。

   (7) 在main()函数中调用func7()：

调用func7()

int main()
{
      A a1;
      a1.x = 1;
      const A& a2 = func7(a1);
      a1.x++;
 
      cout << a1.x << endl;
      cout << a2.x << endl;

      return 0;
}

func7()输出结果

Copy
2
1

    这是一种比较特殊的用法，由于func7()采用的是值返回，因此在函数返回前将会产生一个临时对象，并执行一次拷贝构造函数。这样相当于a2引用了一个临时对象。前面曾经说过，临时对象将会在函数返回前被释放，但是为什么这里输出的结果是正常的呢？这是一种特殊情况，C++规定，如果有临时对象有一个引用，那么这个临时对象的生存期将延长到和这个引用相同。这样就可以解释上面的输出结果了：a2引用了一个临时对象，而不是引用了a1，因此a1的任何改变不会影响到a2。

    注意：在VC编译环境下，const A& a2 = func7(a1);这行语句前面可以不加"const"，但是在g++或者其他版本的编译器中不加"const"将会产生编译错误。加上"const"更加符合C++标准的规定，因为临时对象不可见，不允许通过该引用来改变临时对象的内容。

    (8) 在main()函数中调用func8()：

调用func8()

int main()
{
      A a1;
      a1.x = 1;
      const A& a2 = func8(a1);
      a1.x++;
 
      cout << a1.x << endl;
      cout << a2.x << endl;
 
      return 0;
}

func8()输出结果

Copy
Copy
2
1

    通过以上的分析，对这个输出结果也就很好理解了：由于采用的是值参数，因此在函数体执行

前会调用一次拷贝构造函数；采用的是值返回值，因此在函数返回前又会调用一次拷贝构造函数，这就是前两个"Copy"的由来。另外，a2引用的是一个临时对象，而不是引用了a1，因此a1的任何改变不会影响到a2。

    总结一下：
    如果使用引用接收引用返回值，则返回的引用必须具有较长的生存期，不可以引用局部变量。
    如果使用引用接收值返回值，则引用了一个临时对象，该对象的生存期将延长到和这个引用相同。