如何在方法主体中返回声明向量的引用?

How to return the reference of a declared vector in the method body?

本文关键字：向量 声明 引用 返回 方法 主体      更新时间：2023-10-16

我有这个方法：

vector<float> MyObject::getResults(int n = 1000)
{
vector<float> results(n, 0);
// do some stuff
return results;
}

当然，这没有优化，我想返回这个向量的引用，但我不能简单地这样做：

const vector<float>& MyObject::getResults(int n = 1000)
{
vector<float> results(n, 0);
// do some stuff
return results;
}

这不起作用，向量将在方法结束时被销毁，因为它是一个局部变量。

所以我找到解决这个问题的唯一解决方案是在 MyObject 中创建一个私有向量并返回对该向量的引用：

const vector<float>& MyObject::getResults(int n = 1000)
{
this->results.clear();
this->results.resize(n, 0);
// do some stuff
return results;
}

这是正确的方法吗？您还有其他解决方案可以提出吗？

什么最有效？

按值返回。别担心，不会发生复制。这是最佳做法：

// Use this
vector<float> getResults(int n = 1000);

这是为什么呢？不会复制从函数返回的局部变量。它们被移动到将存储返回值的位置：

// Result moved into v; no copying occurs
vector<float> v = getResults(); 
// Result moved into memory allocated by new; no copying occurs
vector<float>* q = new vector<float>(getResults());

这是如何工作的？

当函数返回对象时，它以以下两种方式之一返回它：

  • 在寄存器中
  • 在内存中

您只能在寄存器中返回简单对象，如ints 和doubles。对于内存中返回的值，函数将向该函数传递一个指针，指向放置返回值所需的位置。

当您调用new vector<float>(getResults());时，会发生以下情况：

  • 计算机为新向量分配内存
  • 它给出了要getResults()的内存的位置，以及任何其他参数。
  • getResults在该内存中构造向量，无需复制。

返回对成员变量的引用怎么样？

一般来说，这是一个过早的优化，可能不会提供太多或任何好处，并且会使你的代码更复杂，更容易出现错误。

如果将getResults的输出分配给向量，则无论如何都会复制数据：

MyObject m; 
vector<float> = m.getResults(); // if getResults returns a const reference, the data gets copied

另一方面，如果将getResults的输出分配给const reference，这可能会使管理MyObject的生命周期变得更加复杂。在下面的示例中，您返回的引用在函数结束后立即失效，因为m被销毁。

vector<float> const& evilDoNotUseThisFunction() {
MyObject m;
vector<float> const& ref = m.getResults();
return ref; // This is a bug - ref is invalid when m gets destroyed
}

对于std::vector来说，复制和移动有什么区别？

复制循环遍历向量的所有元素。复制向量时，将复制向量存储的所有数据：

vector<float> a = getVector(); // Get some vector
vector<float> b = a // Copies a

这等效于以下代码：

vector<float> a = getVector(); // Get some vector
vector<float> b(a.size()); // Allocate vector of size a
// Copy data; this is O(n)
float* data = b.data();
for(float f : a) {
*data = f;
data++;
}

移动不会循环访问任何元素。当一个向量由move构造时，就好像它被一个空向量交换了：

vector<float> a = getVector(); // Get some vector
vector<float> b = std::move(a); // Move a into b

相当于：

vector<float> a = getVector(); // Get some vector
vector<float> b; // Make empty vector (no memory allocated)
std::swap(a, b); // Swap a with b; very fast; this is O(1)

TL;DR：复制会复制循环中的所有数据。移动只是交换谁拥有内存。

我们怎么知道results被感动了？C++11 要求局部变量在返回时自动移动。您不必致电move.

掉期真的会发生吗？在许多情况下，没有。交换已经很便宜了，但编译器可以很聪明，可以完全优化交换。它通过在内存中构建您的results向量来实现这一点，它将返回results.这称为命名返回值优化。见 https://shaharmike.com/cpp/rvo/#named-return-value-optimization-nrvo

当然，

这没有优化

没事的。具体来说，从 C++11 开始，您无需在此处执行任何额外的操作。

无论如何，只有在您拥有正确的内容以及对其进行分析的方法之后，您才应该担心优化。

无论如何，返回对私有向量的引用并不理想 - 它不必要地延长了向量的生存期，并且可能会像任何其他有状态函数一样导致以后的重入问题。

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