C++中有的时候不可避免的必须返回一个对象，而不能返回一个reference或pointer

在之前的博客中有专门一章讲述在C++中为什么尽量在传参时用pass-by-reference取代pass-by-value，其主要目的是为了节省构造函数和析构函数的成本，但这不能完全的取代，假如有下面的一个类：

1 class Rational
2 {
3     public:
4         Rational(int numerator = 0, int denominator = 1);
5     private:
6         int n, d;
7 };

现在为此类添加成员函数operator*，不妨先找找以下的代码有什么问题：

const Rational& operator*(Rational& a, Rational& b)
{
    Rational result(a.n*b.n, a.d*b.d);
    return result;
}

这段代码有两个问题需要注意：第一 在函数内部定义了一个local对象，然后返回它的地址，而我们应该指导local对象会在退出函数时被销毁，所以如果用户使用这个reference指向的对象会出现”未定义错误“；第二 result的创建还是逃避不了构造函数调用的成本。

也许有人提出利用堆来取代栈存放这个对象，这样一来，对象就不会在函数调用结束时退出，即将代码改造如下：

const Rational& operator*(Rational& a, Rational& b)
{
    Rational *result = new Rational(a.n*b.n, a.d*b.d);
    return *result;
}

即使如此改造，依然改变不了需要调用构造函数的成本。此外，它无法对new出的那块内存进行释放，因为用户无法获取operator*返回的reference指向表示的对象背后指向它的指针。

或者还有人提出既然stack和heap存放对象分别会带来未定义和无法释放内存的问题，那就用local-static对象，这样一来就不需要构造函数的成本，函数返回的reference指向一个定义于函数内部的存放在静态区域的对象，程序结束前不会被销毁，也不需要释放内存，因而可以解决上面的几个问题，但是它存在多线程安全性的问题。另外，考虑下面的代码，看看是否有问题：

1  const Rational& operator*(const Rational& a, const Rational& b)
 2 {
 3     static Rational result;
 4     result.n = a.n*b.n;
 5     result.d = a.d*b.d;
 6 
 7     return result;
 8 }
 9 
10 
11 Rational a(2,1);
12 Rational b(2,3);
13 Rational c(3,4);
14 
15 if(a*b == c*a)
16 {
17     cout<<"equal"<<endl;
18 }

上面的代码的问题是15行的if语句总是真，所以17行的语句总会执行，原因是ab返回的reference指向的是一个static对象，当执行ca后，虽然这个static对象发生了变化，但ab返回的reference依旧指向这个static对象，也就是两次执行operator返回的reference其实一直指向同块区域中的对象，因而当然是相等的。

可以看到，试图返回一个reference参数在这里并不合适，这时就只好返回一个value对象，也因而必须付出调用构造函数和析构函数的成本，但这时保证程序运行结果正确是关键的，即代码修改如下：

1 friend const Rational operator*(const Rational& a, const Rational& b)
2 {
3     Rational result(a.n*b.n, a.d*b.d);
4     return result;
5 }

事实上，我在VS2010中运行下段代码时并没有出现预期中的”未定义错误“，我求助于一个C++群，结果有人指出编译器优化的可能性，也许真的是这个原因，只能说编译器能做的事越来越多，考虑的也越来越全。

1 const Rational& operator*(Rational& a, Rational& b)
 2 {
 3     Rational result(a.n*b.n, a.d*b.d);
 4     return result;
 5 }
 6 
 7 Rational a(2,1);
 8 Rational b(2,3);
 9 
10 const Rational c = a*b;    
11 const Rational d = c*b;

以上整理自Effective C++ 中文版第三版。

原文链接: https://www.cnblogs.com/sophia-yun/archive/2013/05/18/3086228.html

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