20180312 C++ 請(qǐng)以pass-by-reference-to-const替換pass-by-value

缺省情況下C++以by value方式（一個(gè)繼承自C的方式）傳遞對(duì)象至（或來自）函數(shù)，除非你另外指定，否則函數(shù)參數(shù)就是以實(shí)際實(shí)參的復(fù)件（副本）為初值，而調(diào)用端所獲得的亦是函數(shù)返回值的一個(gè)復(fù)件。這些復(fù)件（副本）是由對(duì)象的copy構(gòu)造函數(shù)產(chǎn)出，這可能使得pass-by-value成為昂貴的（費(fèi)時(shí)的）操作?？紤]以下class繼承體系：
class Person{
public:
? Person(); ? ? ? ? //為求簡化，省略參數(shù)
? virtual ~Person();
? ...
private:
? std::string name;
? std::string address;
};


class Student: public Person{
public:
? Student();
? ~Student();
? ...
private:
? std::string schoolName;
? std:;string schoolAddress;
};


現(xiàn)在考慮以下代碼，其中調(diào)用函數(shù)validateStudent，后者需要一個(gè)Student實(shí)參（by value）并返回它是否有效：
bool validateStudent(Student s);//函數(shù)以by value方式接受學(xué)生
Student yanhui;//顏回，孔子的學(xué)生
bool yanhuiisOK = validateStudent(yanhui);//調(diào)用函數(shù)


上述函數(shù)被調(diào)用時(shí)，無疑的，Student的copy構(gòu)造函數(shù)會(huì)被調(diào)用，以yanhui為藍(lán)本將顏回初始化。同樣明顯地，當(dāng)validateStudent返回s會(huì)被銷毀。因此，對(duì)于函數(shù)而言，參數(shù)的傳遞成本是“一次Student 拷貝構(gòu)造函數(shù)調(diào)用，加上一次Student析構(gòu)函數(shù)被調(diào)用”。
詳細(xì)過程為：Student對(duì)象內(nèi)有兩個(gè)string對(duì)象，所以每次構(gòu)造一個(gè)Student對(duì)象也就構(gòu)造了兩個(gè)string對(duì)象，此Student對(duì)象繼承自Person對(duì)象，所以每次構(gòu)造Student對(duì)象也必須構(gòu)造出一個(gè)Person對(duì)象。一個(gè)Person對(duì)象又有兩個(gè)string對(duì)象在其中，因此每一次Person構(gòu)造動(dòng)作又需承擔(dān)兩個(gè)string構(gòu)造動(dòng)作。最終結(jié)果是，以by value方式傳遞一個(gè)Student對(duì)象會(huì)導(dǎo)致調(diào)用一次Student 拷貝構(gòu)造函數(shù)，一次Person拷貝構(gòu)造函數(shù)，四次string拷貝構(gòu)造函數(shù)。當(dāng)函數(shù)內(nèi)的那個(gè)Student復(fù)件被銷毀，每一個(gè)構(gòu)造函數(shù)調(diào)用動(dòng)作都需要一個(gè)對(duì)應(yīng)的析構(gòu)函數(shù)調(diào)用動(dòng)作。因此，以by value方式傳遞一個(gè)Student對(duì)象，總體成本是“六次構(gòu)造函數(shù)和六次析構(gòu)函數(shù)”。


如果想出一個(gè)方法可以回避所有構(gòu)造和析構(gòu)函數(shù)就好了。有的！就是pass by reference-to-const:
bool validateStudent(const Student& s);
現(xiàn)在Student以by reference方式傳遞，將它聲明為const是必要的，因?yàn)椴贿@樣做的話調(diào)用者會(huì)憂慮validateStudent會(huì)不會(huì)改變他們傳入的那個(gè)Student。


以by reference方式傳遞參數(shù)也可以避免對(duì)象切割(slicing)問題。假設(shè)在一組classes上工作，用來實(shí)現(xiàn)一個(gè)圖形窗口系統(tǒng)：
class Window{
public:
? ...
? std::string name() const;//返回窗口名稱
? virtual void display() const;//顯示窗口和其他內(nèi)容
};


class WindowWithScrollBars:public Window{
public:
? ...
? virtual void display() const;
};
所有Window對(duì)象都帶有一個(gè)名稱，你可以通過name函數(shù)取得它。所有窗口都可顯示，你可以通過display函數(shù)完成它。display是一個(gè)virtual函數(shù)，這意味著簡易樸素的基類Window對(duì)象的顯示方式和華麗WindowWithScrollBars對(duì)象的顯示方式不同。（派生類是基類的擴(kuò)展）。
現(xiàn)在假設(shè)寫個(gè)函數(shù)打印窗口名稱，然后顯示窗口，下面的示范是錯(cuò)誤的：
void printNameAndDisplay(Window w)//不正確！ 參數(shù)可能被切割
{
? std::cout<<w.name();
? w.display();
}
當(dāng)調(diào)用上述函數(shù)并交給他WindowWithScrollingBars對(duì)象 會(huì)怎樣呢？
WindowWithScrollingBars wwsb;
printNameAndDiaplay(wwsb);
參數(shù)w會(huì)被構(gòu)造成一個(gè)Window對(duì)象；它是pass by value，而造成wwsb“是個(gè)WindowWithScrollingBars對(duì)象”的所有特化信息都會(huì)被切除。在printNameAndDisplay函數(shù)內(nèi)不論傳遞過來的對(duì)象原本是什么類型，參數(shù)w就像一個(gè)Window對(duì)象（因?yàn)槠漕愋偷腤indow）。因此在printNameAndDisplay內(nèi)調(diào)用display掉用的總是Window::display,絕對(duì)不會(huì)是WindowWithScrollingBars::diaplay。


解決切割（slicing）問題的辦法，就是以by reference-to-const的方式傳遞w：
void printNameAndDisplay(const Window& w)//很好，參數(shù)不會(huì)被切割
{
? std::cout<<w.name;
? w.dispaly();
}
現(xiàn)在，傳進(jìn)來的窗口是什么類型，w就表現(xiàn)出那種類型。


在C++底層實(shí)現(xiàn)中，reference往往以指針實(shí)現(xiàn)，因此pass by reference通常意味著真正傳遞的是指針，因此若對(duì)象屬于內(nèi)置類型，pass by value往往比pass by reference效率更高，這種情況也適用于STL的迭代器和函數(shù)對(duì)象。


注意：
1、盡量以pass-by-reference-to-const替換pass-by-value。前者通常比較高效，并可以避免切割問題（slicing problem）。
2、以上規(guī)則并不適用于內(nèi)置類型，以及STL的迭代器和函數(shù)對(duì)象。對(duì)它們而言，pass-by-value往往比較合適。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的C++ 请以pass-by-reference-to-const替换pass-by-value的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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