在本文中,主要讨论函数(尤其是与类相关的函数——成员函数或友元函数)返回值类型何时用引用的问题。
一、函数返回值为引用的典型案例
在做输入输出重载时,重载函数返回流对象,如:
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#include
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using namespace std;
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class Complex
-
{
-
public:
-
Complex(){real=0;imag=0;}
-
Complex(double r,double i){real=r;imag=i;}
-
Complex operator-();
-
-
friend ostream& operator << (ostream& output,Complex& c);
-
friend istream& operator >> (istream& input,Complex& c);
-
-
friend Complex operator+(Complex &c1, Complex &c2);
-
friend Complex add(double d1, Complex &c2);
-
private:
-
double real;
-
double imag;
-
};
-
-
-
ostream& operator << (ostream& output,Complex& c)
-
{ output<<"("<
-
if(c.imag>=0) output<<"+";
-
output<"i)";
-
return output;
-
}
-
-
-
istream& operator >> (istream& input,Complex& c)
-
{ int a,b;
-
char sign,i;
-
do
-
{ cout<<"input a complex number(a+bi或a-bi):";
-
input>>a>>sign>>b>>i;
-
}
-
while(!((sign=='+'||sign=='-')&&i=='i'));
-
c.real=a;
-
c.imag=(sign=='+')?b:-b;
-
return input;
-
}
-
-
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Complex operator+(Complex &c1, Complex &c2)
-
{
-
Complex c;
-
c.real=c1.real+c2.real;
-
c.imag=c1.imag+c2.imag;
-
return c;
-
}
-
-
Complex add(double d1, Complex &c2)
-
{
-
Complex c;
-
c.real=d1+c2.real;
-
c.imag=c2.imag;
-
return c;
-
}
-
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int main()
-
{
-
Complex c1,c2,c3;
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double d=11;
-
cout<<"c1: ";
-
cin>>c1;
-
cout<<"c2: ";
-
cin>>c2;
-
cout<<"c1="<
-
cout<<"c2="<
-
c3=c1+c2;
-
cout<<"c1+c2="<
-
c3=add(d,c1);
-
cout<<"d+c1="<
-
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system("pause");
-
return 0;
-
}
在例程1的第11和12行,运算符重载函数的返回值类类被声明为引用;在第22行和30行,这两个函数的实现中,分别返回了输入流对象
input和输出流对象output(要注意到这两个对象是作为形式参数出现的,且都为引用)。实际上,<<和>>运算符对其他
类型重载时也是这样处理的。这样处理的好处在于,函数返回的输入/出流还可以继续用于其他数据的输入/出,使我们能用cin>>i,j;和
cout<
以例程1中的第69行(cout<<"c1="<
cout<<"c1="<
这里值得总结的是:(1)返回值为引用时,返回的变量仍然要继续完成相关的工作;(2)返回的引用值本身也必须是引用,一般是在调用函数中存在的,以引用型形式参数的方式传递到函数中的变量(例程1中的input和output为引用)。
二、一个令人惊讶的程序:给函数的返回值赋值
这个例子来自《C++ Primer(第四版)》。
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#include
-
#include
-
using namespace std;
-
char &get_val(string &str, string::size_type ix)
-
{
-
return str[ix];
-
}
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int main()
-
{
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string s("a value");
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cout<
-
get_val(s,0)='A';
-
cout<
-
system("pause");
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return 0;
-
}
正如注释中所讲,返回值为引用,函数调用get_val(s,0)居然可以作为赋值表达式的左值,就这样,其引用的空间(s[0])中所存储的字符被赋值为‘A’,“引用是被返回元素的同义词”,此处完全等同于s[0]='A'。
程序从语法上讲没有问题,运行结果也达到了举例的目的。本例仅在于展示这种用法,理解引用作为函数返回值。在工程中,这种风格的程序当然不推荐使用,当不希望引用返回值被修改时,将返回值声明为const,即:
const char &get_val(string &str, string::size_type ix)
三、加法运算的重载结果也定义为引用,如何?
对于例程1,将其中的加法重载函数的返回值也定义为引用(当然,这样做纯属撞错),结果会怎样?先给出这样的程序,请注意在第14、15、44和52行中增加的&。
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#include
-
using namespace std;
-
class Complex
-
{
-
public:
-
Complex(){real=0;imag=0;}
-
Complex(double r,double i){real=r;imag=i;}
-
Complex operator-();
-
-
friend ostream& operator << (ostream& output,Complex& c);
-
friend istream& operator >> (istream& input,Complex& c);
-
-
friend Complex& operator+(Complex &c1, Complex &c2);
-
friend Complex& add(double d1, Complex &c2);
-
private:
-
double real;
-
double imag;
-
};
-
-
-
ostream& operator << (ostream& output,Complex& c)
-
{ output<<"("<
-
if(c.imag>=0) output<<"+";
-
output<"i)";
-
return output;
-
}
-
-
-
istream& operator >> (istream& input,Complex& c)
-
{ int a,b;
-
char sign,i;
-
do
-
{ cout<<"input a complex number(a+bi或a-bi):";
-
input>>a>>sign>>b>>i;
-
}
-
while(!((sign=='+'||sign=='-')&&i=='i'));
-
c.real=a;
-
c.imag=(sign=='+')?b:-b;
-
return input;
-
}
-
-
-
Complex& operator+(Complex &c1, Complex &c2)
-
{
-
Complex c;
-
c.real=c1.real+c2.real;
-
c.imag=c1.imag+c2.imag;
-
return c;
-
}
-
-
Complex& add(double d1, Complex &c2)
-
{
-
Complex c;
-
c.real=d1+c2.real;
-
c.imag=c2.imag;
-
return c;
-
}
-
-
int main()
-
{
-
Complex c1,c2,c3;
-
double d=11;
-
cout<<"c1: ";
-
cin>>c1;
-
cout<<"c2: ";
-
cin>>c2;
-
cout<<"c1="<
-
cout<<"c2="<
-
c3=c1+c2;
-
cout<<"c1+c2="<
-
c3=add(d,c1);
-
cout<<"d+c1="<
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-
system("pause");
-
return 0;
-
}
这个程序运行结果可能与例程1的结果是一样的。的确,在我运行中,结果没有出现过异常。这个程序在VS2008下编译时会有两个警告:
1>d:\c++\vs2008 project\example\example\example.cpp(49) : warning C4172: 返回局部变量或临时变量的地址
1>d:\c++\vs2008 project\example\example\example.cpp(57) : warning C4172: 返回局部变量或临时变量的地址
这两个警告道出了危险所在:第49行和57行返回临时变量c之后,c
的空间将被释放,也就意味着可以由系统进行再分配,作其他用途使用了。而返回值类型为引用时,返回的值仍然在使用着这一块内存区域。结果只能是“可能”正
确,毫无保障。好比付款买了房(对方收条都没有开),房产证却放在房管局大厅中,哪一天你被赶出家门,那是活该的。这个简单的例子没有出问题纯属意外,因
为操作简单,那片空间还没有被重新分配。
那什么时候更可能出问题呢?如果返回的对象中包含动态分配的空间(见《何时需要自定义复制构造函数?》),出问题几乎是肯定的。
但是,最值得警惕的还是那些出问题可能性更小的时候,“不以恶小而为之”,一贯正常,只有很小几率出的错的情况更可怕。
最重要的,理解了上述道理,要做到:千万不要返回对局部变量的引用。
还有一条类似的:千万不要返回局部变量的指针。
四、钻个牛角尖:operate+就要返回引用
重温本文第一部分最后的加粗字:(2)返回的引用值本身也必须是引用,一般是在调用函数中存在的,以引用型形式参数的方式传递到函数中的变量(例程1中的input和output为引用)。要应付这种胡搅蛮缠式的要求,我们也只能围绕这个要求想办法。
给出的一种解决办法是:
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-
#include
-
using namespace std;
-
class Complex
-
{
-
public:
-
Complex(){real=0;imag=0;}
-
Complex(double r,double i){real=r;imag=i;}
-
Complex operator-();
-
-
friend ostream& operator << (ostream& output,Complex& c);
-
-
friend Complex& operator+(Complex &c1, Complex &c2);
-
private:
-
double real;
-
double imag;
-
};
-
-
-
ostream& operator << (ostream& output,Complex& c)
-
{ output<<"("<
-
if(c.imag>=0) output<<"+";
-
output<"i)";
-
return output;
-
}
-
-
-
Complex& operator+(Complex &c1, Complex &c2)
-
{
-
c1.real=c1.real+c2.real;
-
c1.imag=c1.imag+c2.imag;
-
return c1;
-
}
-
-
int main()
-
{
-
Complex c1(3,4),c2(5,-10),c3;
-
cout<<"c1="<
-
cout<<"c2="<
-
c3=c1+c2;
-
cout<<"c1="<
-
cout<<"c2="<
-
cout<<"c1+c2="<
-
-
system("pause");
-
return 0;
-
}
这种实现中,c1在调用operate+()前已经存在,是作为引用进行参数传递的。这样的变量能够保证程序不会出现意外。但是,会出的代价是,c1的
值在参与加法运算时被改变了。在第40行执行了c3=c1+c2后,第41行显示的c1的值同c3的值相同,是相加后的结果。
这种安排也只能接受这种结局。事实上,学习计算机的同学也要接受这种风格,在有些语言(例如,汇编以及被冠以高雅称号的函数式语言)中,运算就是这么完成的。c1+c2怎么完成?add c1, c2; 其结果如何取出?结果就保存到第一个运算量中。
牛角尖再钻深些,不能这样做!我只能为返回引用再使一招了:提前定义保存结果的变量(例c),并将之作为参数传递到函数中。付出的代价是,加运
算的运算量成了3个,operate+()形式是不能用了(运算符重载不能改变其目数)。实际上,返回的那个引用也没有什么意思了,结果已经由引用 c
带回来了,返回值甚至可以为void。这种设计太差了,程序依然贴在下面,读者不看也罢。
-
-
#include
-
using namespace std;
-
class Complex
-
{
-
public:
-
Complex(){real=0;imag=0;}
-
Complex(double r,double i){real=r;imag=i;}
-
Complex operator-();
-
-
friend ostream& operator << (ostream& output,Complex& c);
-
-
friend Complex& add(const Complex &c1, const Complex &c2, Complex &c3);
-
private:
-
double real;
-
double imag;
-
};
-
-
-
ostream& operator << (ostream& output,Complex& c)
-
{ output<<"("<
-
if(c.imag>=0) output<<"+";
-
output<"i)";
-
return output;
-
}
-
-
-
Complex& add(const Complex &c1, const Complex &c2, Complex &c3)
-
{
-
c3.real=c1.real+c2.real;
-
c3.imag=c1.imag+c2.imag;
-
return c3;
-
}
-
-
int main()
-
{
-
Complex c1(3,4),c2(5,-10),c,c3;
-
cout<<"c1="<
-
cout<<"c2="<
-
c3=add(c1,c2,c);
-
cout<<"c1="<
-
cout<<"c2="<
-
cout<<"c="<
-
cout<<"c1+c2="<
-
-
system("pause");
-
return 0;
-
}
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