C++:从堆栈内存返回std::字符串引用

C++: Return std::string reference from stack memory

本文关键字：std 字符串 引用 返回 内存 堆栈 C++      更新时间：2023-10-16

我首先说我已经读过这个主题：C++返回引用/堆栈内存。但是，问题是使用std::vector<int>作为对象类型。但我认为std::string的行为有所不同。这个类不是专门为使用字符串而设计的，而不必担心内存泄漏和内存使用错误吗？

所以，我已经知道这是错误的：

std::vector<t> &function()
{
    vector<t> v;
    return v;
}

但这也是错误的吗？

std::string &function()
{
    string s = "Faz";
    s += "Far";
    s += "Boo";
    return s;
}

感谢

附加问题（EDIT）：那么，当我说返回（按值）一个std::string不复制字符序列，只复制一个指向char *数组的指针和一个长度为size_t时，我说得对吗？

如果这个语句是正确的，那么这是创建字符串的深层副本的有效方法吗（以避免同时操作两个字符串）？

string orig = "Baz";
string copy = string(orig);

类型是什么并不重要；对于任何对象类型T:，这种模式总是完全、100%错误的

T& f() {
    T x;
    return x;
}   // x is destroyed here and the returned reference is thus unusable

如果从函数返回引用，则必须确保在函数返回后它所引用的对象仍然存在。由于具有自动存储持续时间的对象在声明它们的块的末尾被销毁，因此保证在函数返回后不会存在。

您已经非常接近于使这些功能发挥作用：

std::string function()
{
    string s = "Faz";
    s += "Far";
    s += "Boo";
    return s;
}

只要让他们返回一份副本而不是一份参考，你就做好了准备。这就是您想要的，一个基于堆栈的字符串的副本。

它也变得更好了，因为返回值优化（RVO）只会创建一次字符串并返回它，就像你在堆上创建它并返回对它的引用一样，都是在幕后！

不返回引用，按值返回：

std::string function() // no ref
{
    string s = "Faz";
    s += "Far";
    s += "Boo";
    return s;
}

如果您的编译器可以进行命名的返回值优化，也就是NRVO（很可能），它会将其转换为大致等效于以下内容的内容，从而避免任何多余的副本：

// Turn the return value into an output parameter:
void function(std::string& s)
{
    s = "Faz";
    s += "Far";
    s += "Boo";
}
// ... and at the callsite,
// instead of:
std::string x = function();
// It does this something equivalent to this:
std::string x; // allocates x in the caller's stack frame
function(x); // passes x by reference

关于额外的问题：

字符串的复制构造函数总是进行深度复制。因此，如果涉及到副本，就不会出现混叠问题。但是，当使用NRVO按值返回时，正如您在上面看到的，不会进行复制。

您可以使用几种不同的语法进行复制：

string orig = "Baz";
string copy1 = string(orig);
string copy2(orig);
string copy3 = orig;

第二个和第三个在语义上没有区别：它们都只是初始化。第一个方法通过显式调用复制构造函数创建一个临时变量，然后用副本初始化变量。但是编译器可以在这里进行复制省略（而且很可能会这样做），并且只生成一个副本。

此操作的问题（无论类型如何）是，返回的内存引用在返回时超出范围。

std::string &function()
{
    string s = "Faz";
    s += "Far";
    s += "Boo";
    // s is about to go out scope here and therefore the caller cannot access it
    return s;
}

您可能希望将返回类型更改为不是引用而是按值，因此会返回s的副本。

std::string function()
{
    string s = "Faz";
    s += "Far";
    s += "Boo";
    // copy of s is returned to caller, which is good
    return s;
}

您可以获取返回字符串的地址，并将其与原始字符串的地址进行比较，如下所示：

#include <iostream>    
using namespace std;
string f() {
    string orig = "Baz";
    string copy1 = string(orig);
    string copy2(orig);
    string copy3 = orig;
    cout << "orig addr: " << &orig << endl;
    cout << "copy1 addr: " << &copy1 << endl;
    cout << "copy2 addr: " << &copy2 << endl;
    cout << "copy3 addr: " << &copy3 << endl;
    return orig;
}
int main() {
    string ret = f();
    cout << "ret addr: " << &ret << endl;
}

我得到了以下信息：

原始地址：0x7ffccb085230
副本1地址：0x7ffccb0851a0
复制2地址：0x7ffccb0851c0
复制3地址：0x7ffccb0851e0
ret地址：0x7ffccb085230

您可以看到orig和ret指向内存中的同一个字符串实例，因此orig是通过引用返回的。copy1、copy2、copy3是orig的副本，因为它们指向内存中的不同对象。

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