返回一个对象:值、指针和引用

Returning an object: value, pointer and reference

本文关键字：指针 引用 一个对象 返回      更新时间：2023-10-16

我知道可能有人问过这个问题，我也看过其他答案，但我仍然无法完全理解。我想了解以下两种代码之间的区别：

MyClass getClass(){
return MyClass();
}

和

MyClass* returnClass(){
return new MyClass();
}

现在假设我主要调用这样的函数：

MyClass what = getClass();
MyClass* who = returnClass();

  1. 如果我明白了这一点，在第一种情况下函数范围将具有自动存储，即当您退出函数的作用域及其内存块将被释放。此外，在释放这样的内存，返回的对象将被复制到我创建了"what"变量。因此将只存在一个对象。我说得对吗

    1a。如果我是正确的，为什么需要RVO(返回值优化)？

  2. 在第二种情况下，对象将通过动态存储分配，即即使在功能范围之外也会存在。所以我需要在它上面使用delete。该函数返回一个指向这样的对象的指针，所以这次没有复制，执行delete who将释放之前分配的内存。我(希望)是对的吗

  3. 我也知道我可以做这样的事情：

    MyClass& getClass(){
return MyClass();
}

    然后主要是：

    MyClass who = getClass();

    通过这种方式，我只是告诉"谁"是与函数中创建的对象相同的对象。不过，现在我们已经脱离了函数范围，因此该对象不一定存在了。所以我认为为了避免麻烦，应该避免这种情况，对吧？(也是如此

    MyClass* who = &getClass();

    其将创建指向局部变量的指针)。

奖金问题：我假设在返回vector<T>(例如vector<double>)时，到目前为止所说的任何话都是正确的，尽管我遗漏了一些部分。我知道向量在堆栈中被分配，而它包含的东西在堆中，但使用vector<T>::clear()就足以清除这样的内存。现在我想遵循第一个过程(即按值返回向量)：当向量将被复制时，它包含的onjects也将被复制；但是退出功能范围会破坏第一对象。现在我有了不包含的原始对象，因为它们的向量已经被破坏，我无法删除仍在堆中的这些对象。或者可能自动执行clear()？

我知道我可能会在这些主题上(特别是向量部分)遇到一些误解，所以我希望你能帮我澄清。

Q1.概念上发生的事情如下：在getClass的堆栈框架中的堆栈上创建一个MyClass类型的对象。然后将该对象复制到函数的返回值中，该返回值是在函数调用之前分配的用于保存该对象的堆栈的一部分。然后函数返回，临时的被清除。将返回值复制到局部变量what中。所以你有一份分配和两份副本。大多数(all？)编译器都足够聪明，可以省略第一个副本：临时副本除了作为返回值外，不使用。但是，不能省略从返回值到调用方本地变量的复制，因为返回值位于堆栈的一部分，该部分在函数完成后立即释放。

Q1a返回值优化(RVO)是一项特殊功能，确实允许消除最终副本。也就是说，它将直接分配到分配给what的内存中，而不是在堆栈上返回函数结果，从而完全避免所有复制。请注意，与所有其他编译器优化相反，RVO可以更改程序的行为！你可以给MyClass一个非默认的复制构造函数，它有副作用，比如在控制台上打印消息或在Facebook上点赞帖子。通常，编译器不允许删除此类函数调用，除非它能够证明不存在这些副作用。然而，C++规范包含RVO的一个特殊异常，即即使复制构造函数做了一些不平凡的事情，它仍然可以省略返回值copy，并将整个过程简化为单个构造函数调用。

2.在第二种情况下，MyClass实例不是在堆栈上分配的，而是在堆上分配的。new运算符的结果是一个整数：堆上对象的地址。这是您能够获得此地址的唯一点(前提是您没有使用位置new)，因此您需要保留它：如果您丢失了它，则无法调用delete，并且您将造成内存泄漏。您将new的结果分配给一个类型由MyClass*表示的变量，这样编译器就可以进行类型检查和填充，但在内存中，它只是一个足够大的整数，可以容纳系统上的地址(32或64位)。您可以通过尝试将结果强制为size_t(根据您的体系结构，通常是typedef'd到unsigned int或更大的值)并看到转换成功来检查这一点。这个整数通过值返回给调用者，，即堆栈上的，就像示例(1)中一样。因此，再次，原则上，正在进行复制，但在这种情况下，只复制CPU非常擅长的单个整数(大多数情况下，它甚至不会进入堆栈，而是在寄存器中传递)，而不是整个MyClass对象(通常有进入堆栈，因为它非常大，读取：大于整数)。

3。是的，你不应该那样做。您的分析是正确的：随着函数的完成，本地对象被清理，其地址变得毫无意义。问题是，它有时看起来很有效。暂时忘记了优化，内存工作方式的主要原因是：清除(清零)内存非常昂贵，所以几乎从来没有这样做过。相反，它只是被标记为再次可用，但在您进行另一个需要它的分配之前，它不会被覆盖。因此，即使对象在技术上已经死了，它的数据可能仍在内存中，因此当您取消引用指针时，您仍然可以获得正确的数据。然而，由于内存在技术上是免费的，从现在到宇宙尽头，它可能随时被覆盖。您已经创建了C++所称的未定义行为(UB)：它现在可能在您的计算机上运行，但不知道在其他地方或其他时间点会发生什么。

奖励：如您所述，当您按值返回向量时，它不仅被销毁：它是第一个复制到返回值，或者考虑到RVO，复制到目标变量中。现在有两种选择：(1)副本在堆上创建自己的对象，并相应地修改其内部指针。现在，您有两个适当的(深度)副本临时共存——然后，当临时对象超出范围时，您只剩下一个有效的向量。或者(2)：当复制矢量时，新副本拥有旧副本所持有的所有指针的所有权。这是可能的，如果您知道旧向量即将被销毁：您可以将它们移动到新向量，并使旧向量处于某种半死不活的状态，而不是重新分配堆上的所有内容——只要函数清理完堆栈，旧向量就不在了。使用这两个选项中的哪一个，实际上是无关紧要的，或者更确切地说，是一个实现细节：它们有相同的结果，编译器是否足够聪明，可以选择(2)通常不应该是你关心的问题(尽管在实践中，选项(2)总是会发生：仅仅为了破坏原始对象而深度复制对象是毫无意义的，而且很容易避免)。只要你意识到被复制的东西是堆栈上的部分，堆上指针的所有权就会转移：堆上不会发生复制，也不会得到cleared。

以下是我对您不同问题的回答：1-你完全正确。如果我正确理解了序列性，您的代码将分配内存，创建对象，将变量复制到what变量中，并被销毁为超出范围。当你这样做的时候也会发生同样的事情：

int SomeFunction()
{
return 10;
}

这将创建一个保存10的临时文件(so allocate)，将其复制到返回的vairbale，然后销毁该临时文件(所以解除分配)(这里我不确定具体情况，也许编译器可以通过自动内联、常量值等删除一些内容……但你已经明白了)。这让我想到1a-您需要RVO何时限制此分配、复制和解除分配部分。如果您的类在构造时分配了大量数据，那么直接返回数据是个坏主意。在这种情况下，您可以使用move构造函数，并重用临时分配的存储空间。或者返回一个指针。一直到

2-返回指针的工作原理与从函数返回int完全相同。但是，由于指针只有4或8字节长，分配和释放的成本比10Mb长的类要低得多。而不是复制对象，而是在堆上复制它的地址(通常不那么重，但仍然复制)。不要忘记，这并不是因为指针代表的内存大小为0字节。因此，使用指针需要从某个内存地址获取值。返回引用和内联也是优化代码的好主意，因为您可以避免追逐指针、函数调用等。

3-我认为你是对的。我必须通过测试来确定，但如果按照我的逻辑，你是对的。

我希望我回答了你的问题。我希望我的答案尽可能正确。但也许有比我更聪明的人可以纠正我：-)

最好。

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