Effective C++ 条款20 宁以pass-by-reference-to-const替换pass-by-value

条款20 : 宁以pass-by-reference-to-const替换pass-by-value

本条款将告诉我们函数传参时的最佳策略.

我们都知道, pass-by-value(传值传参)是一个费时费力的过程, 它会直接复制一个原件的拷贝, 如果是自定义类就会调用一次拷贝构造来实现复制, 函数结束时还要额外调用一次析构函数, 我们会很有意愿去削减这方面的花销.

相信我们在别处的很多函数中都看见过pass-by-reference-to-const的存在, 在本书中也极力推荐这种写法, 足矣见得这种写法的高效与广泛, 就像下面这行函数定义 :

bool validateStudent(const Student& s);

reference的底层一般是个指针, 也就是说我们只是用了一个传递指针的花销就实现了参数的传递, 再加上const, 这对我们传入引用的安全性给予了保证, 使得这个写法兼具了效率与安全, 是不可多得的好事.

另外书中还给出了一个好处 : 避免对象切割问题.

我们都知道多态中的动态类型是依靠指针和引用来触发的, 简单来说就是也许某个指针或引用的静态类型是基类, 但是动态类型可以通过实际的赋值来改变, 实现动态类型的绑定, 这点可是一个普通的类对象做不到的. 当我们使用pass-by-reference-to-const, 其实也就符合了这种性质, 我们来看代码理解 :

class Window {						// 普通窗口
public:
  ...
  std::string name() const;           // 返回窗口名
  virtual void display() const;       // 窗口显示函数
};

class WindowWithScrollBars: public Window {		// 高级窗口! 它带滚动条!
public:
  ...
  virtual void display() const;		// 对窗口重写
};

上面是一对父子类, 下面是分别用两种传值方法的函数 :

void printNameAndDisplay(Window w)         // pass-by-value
{                             
  std::cout << w.name();
  w.display();
}

void printNameAndDisplay(const Window& w)   // pass-by-reference-to-const
{                                           
  std::cout << w.name();
  w.display();
}

当我们使用以下的代码 :

WindowWithScrollBars wwsb;
printNameAndDisplay(wwsb);

如果我们调用前者, 答案是只能调用基类的display(), 因为对象被切割了, wwsb被强行从派生类被切割成了基类, 这很正常, 传一个对象可没有什么多态的机制.

如果我们调用后者, 结果很成功, 调用的就是派生类的display(), 因为w虽然静态类型是Window, 但由于引用的对象wwsb类型是WindowWithScrollBars, 所以动态类型绑定为了派生类, 调用就正确了. 说的有些复杂了, 可以宏观理解为pass-by-reference-to-const是虚函数机制实现的必要手段.

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吹了那么久pass-by-reference-to-const, 那么就没有什么情况要用pass-by-value的吗?

答案是有的, 先看书中给出的最终结论 : 内置类型, STL迭代器, 函数对象推荐用pass-by-value.

原因很简单, pass-by-reference-to-const说到底也就是一个指针的花销, 一些内置类型的花销甚至比指针花销还小, 而STL迭代器和函数对象内部也就是一个或几个指针而已, 差不了多少, 当然也有一部分原因是习惯所致.

有人可能认为只包含小型对象的自定义类型也可以用pass-by-value, 这样的想法是有漏洞的.

书中给出了三个原因 :

1. 对象小不代表构造和析构函数的花销就不小, 如果你直接pass-by-value一个STL的set, 其内部对象也就是几个指针, 是所谓的”小对象”, 但是构造和析构的开销就不知道大多少倍了.
2. 某些编译器对待内置类型和自定义类型的态度截然不同, 编译器很乐意把内置类型对象放进缓存器, 但一个自定义类对象就不会有此般关怀.
3. 一个类创建完后是需要维护的, 你现在对象小, 不代表以后就不会根据客户需求加入额外的变量, 除非你在一开始就把框架定死了.

因此书中才给出了我们上面的最终结论.

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请记住 :

• 尽量以pass-by-reference-to-const替换pass-by-value, 前者高效, 安全, 并且有效解决了切割问题.
• 以上规则不适用于内置类型, STL迭代器, 函数对象, 它们适合pass-by-value.

by 天目中云