class Person {
public:
Person(); // parameters omitted for simplicity
virtual ~Person(); // see Item 7 for why this is virtual
...
private:
std::string name;
std::string address;
};
class Student: public Person {
public:
Student(); // parameters again omitted
~Student();
...
private:
std::string schoolName;
std::string schoolAddress;
};
現(xiàn)在,考慮以下代碼,在此我們調(diào)用一個(gè)函數(shù)—— validateStudent,它得到一個(gè) Student 參數(shù)(以傳值的方式),并返回它是否驗(yàn)證有效的結(jié)果:
bool validateStudent(Student s); // function taking a Student
// by value
Student plato; // Plato studied under Socrates
bool platoIsOK = validateStudent(plato); // call the function
當(dāng)這個(gè)函數(shù)被調(diào)用時(shí)會發(fā)生什么呢?
很明顯,Student 的拷貝構(gòu)造函數(shù)被調(diào)用,用 plato 來初始化參數(shù) s。同樣明顯的是,當(dāng) validateStudent 返回時(shí),s 就會被銷毀。所以這個(gè)函數(shù)的參數(shù)傳遞代價(jià)是一次 Student 的拷貝構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用和一次 Student 的析構(gòu)函數(shù)的調(diào)用。
但這還不是全部。一個(gè) Student 對象內(nèi)部包含兩個(gè) string 對象,所以每次你構(gòu)造一個(gè) Student 對象的時(shí)候,你也必須構(gòu)造兩個(gè) string 對象。一個(gè) Student 對象還要從一個(gè) Person 對象繼承,所以每次你構(gòu)造一個(gè) Student 對象的時(shí)候,你也必須構(gòu)造一個(gè) Person 對象。一個(gè) Person 對象內(nèi)部又包含兩個(gè)額外的 string 對象,所以每個(gè) Person 的構(gòu)造也承擔(dān)著另外兩個(gè) string 的構(gòu)造。最終,以傳值方式傳遞一個(gè) Student 對象的后果就是引起一次 Student 的拷貝構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用,一次 Person 的拷貝構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用,以及四次 string 的拷貝構(gòu)造函數(shù)調(diào)用。當(dāng) Student 對象的拷貝被銷毀時(shí),每一個(gè)構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用都對應(yīng)一個(gè)析構(gòu)函數(shù)的調(diào)用,所以以傳值方式傳遞一個(gè) Student 的全部代價(jià)是六個(gè)構(gòu)造函數(shù)和六個(gè)析構(gòu)函數(shù)!
好了,這是正確的和值得的行為。畢竟,你希望你的全部對象都得到可靠的初始化和銷毀。盡管如此,如果有一種辦法可以繞過所有這些構(gòu)造和析構(gòu)過程,應(yīng)該變得更好,這就是:傳引用給 const(pass by reference-to-const):
bool validateStudent(const Student& s);
這樣做非常有效:沒有任何構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)被調(diào)用,因?yàn)闆]有新的對象被構(gòu)造。被修改的參數(shù)聲明中的 const 是非常重要的。 validateStudent 的最初版本接受一個(gè) Student 值參數(shù),所以調(diào)用者知道它們屏蔽了函數(shù)對它們傳入的 Student 的任何可能的改變;validateStudent 也只能改變它的一個(gè)拷貝。現(xiàn)在 Student 以引用方式傳遞,同時(shí)將它聲明為 const 是必要的,否則調(diào)用者必然擔(dān)心 validateStudent 改變了它們傳入的 Student。
以傳引用方式傳遞參數(shù)還可以避免切斷問題(slicing problem)。當(dāng)一個(gè)派生類對象作為一個(gè)基類對象被傳遞(傳值方式),基類的拷貝構(gòu)造函數(shù)被調(diào)用,而那些使得對象的行為像一個(gè)派生類對象的特殊特性被“切斷”了。你只剩下一個(gè)純粹的基類對象——這沒什么可吃驚的,因?yàn)槭且粋€(gè)基類的構(gòu)造函數(shù)創(chuàng)建了它。這幾乎絕不是你希望的。例如,假設(shè)你在一組實(shí)現(xiàn)一個(gè)圖形窗口系統(tǒng)的類上工作:
class Window {
public:
...
std::string name() const; // return name of window
virtual void display() const; // draw window and contents
};
class WindowWithScrollBars: public Window {
public:
...
virtual void display() const;
};
所有 Window 對象都有一個(gè)名字,你能通過 name 函數(shù)得到它,而且所有的窗口都可以顯示,你可一個(gè)通過調(diào)用 display 函數(shù)來做到這一點(diǎn)。display 為 virtual 的事實(shí)清楚地告訴你:一個(gè)純粹的基類的 Window 對象的顯示方法有可能不同于專門的 WindowWithScrollBars 對象的顯示方法。
現(xiàn)在,假設(shè)你想寫一個(gè)函數(shù)打印出一個(gè)窗口的名字,并隨后顯示這個(gè)窗口。以下這個(gè)函數(shù)的寫法是錯(cuò)誤的:
void printNameAndDisplay(Window w) // incorrect! parameter
{
// may be sliced!
std::cout << w.name();
w.display();
}
考慮當(dāng)你用一個(gè) WindowWithScrollBars 對象調(diào)用這個(gè)函數(shù)時(shí)會發(fā)生什么:
WindowWithScrollBars wwsb;
printNameAndDisplay(wwsb);
參數(shù) w 將被作為一個(gè) Window 對象構(gòu)造——它是被傳值的,記得嗎?而且使 wwsb 表現(xiàn)得像一個(gè) WindowWithScrollBars 對象的特殊信息都被切斷了。在 printNameAndDisplay 中,全然不顧傳遞給函數(shù)的那個(gè)對象的類型,w 將始終表現(xiàn)得像一個(gè) Window 類的對象(因?yàn)樗褪且粋€(gè) Window 類的對象)。特別是,在 printNameAndDisplay 中調(diào)用 display 將總是調(diào)用 Window::display,絕不會是 WindowWithScrollBars::display。
繞過切斷問題的方法就是以傳引用給 const 的方式傳遞 w:
void printNameAndDisplay(const Window& w) // fine, parameter won’t
{
// be sliced
std::cout << w.name();
w.display();
}
現(xiàn)在 w 將表現(xiàn)得像實(shí)際傳入的那種窗口。
如果你掀開編譯器的蓋頭偷看一下,你會發(fā)現(xiàn)用指針實(shí)現(xiàn)引用是非常典型的做法,所以以引用傳遞某物實(shí)際上通常意味著傳遞一個(gè)指針。由此可以得出結(jié)論,如果你有一個(gè)內(nèi)建類型的對象(例如,一個(gè) int),以傳值方式傳遞它常常比傳引用方式更高效。那么,對于內(nèi)建類型,當(dāng)你需要在傳值和傳引用給 const 之間做一個(gè)選擇時(shí),沒有道理不選擇傳值。同樣的建議也適用于 STL 中的迭代器(iterators)和函數(shù)對象(function objects),因?yàn)椋鳛閼T例,它們就是為傳值設(shè)計(jì)的。迭代器(iterators)和函數(shù)對象(function objects)的實(shí)現(xiàn)有責(zé)任保證拷貝的高效并且不受切斷問題的影響。(這是一個(gè)“規(guī)則如何變化,依賴于你使用 C++ 的哪一個(gè)部分”的實(shí)例。)
內(nèi)建類型很小,所以有人就斷定所有的小類型都是傳值的上等候選者,即使它們是用戶定義的。這樣的推論是不可靠的。僅僅因?yàn)橐粋€(gè)對象小,并不意味著調(diào)用它的拷貝構(gòu)造函數(shù)就是廉價(jià)的。很多對象——大多數(shù) STL 容器也在其中——容納的和指針一樣,但是拷貝這樣的對象必須同時(shí)拷貝它們指向的每一樣?xùn)|西。那可能是非常昂貴的。
即使當(dāng)一個(gè)小對象有一個(gè)廉價(jià)的拷貝構(gòu)造函數(shù),也會存在性能問題。一些編譯器對內(nèi)建類型和用戶定義類型并不一視同仁,即使他們有同樣的底層表示。例如,一些編譯器拒絕將僅由一個(gè) double 組成的對象放入一個(gè)寄存器中,即使在常規(guī)上它們非常愿意將一個(gè)純粹的 double 放入那里。如果發(fā)生了這種事情,你以傳引用方式傳遞這樣的對象更好一些,因?yàn)榫幾g器理所當(dāng)然會將一個(gè)指針(引用的實(shí)現(xiàn))放入寄存器。
小的用戶定義類型不一定是傳值的上等候選者的另一個(gè)原因是:作為用戶定義類型,它的大小常常變化。一個(gè)現(xiàn)在較小的類型在將來版本中可能變得更大,因?yàn)樗膬?nèi)部實(shí)現(xiàn)可能會變化。甚至當(dāng)你換了一個(gè)不同的 C++ 實(shí)現(xiàn)時(shí),事情都可能會變化。例如,就在我這樣寫的時(shí)候,一些標(biāo)準(zhǔn)庫的 string 類型的實(shí)現(xiàn)的大小就是另外一些實(shí)現(xiàn)的七倍。
通常情況下,你能合理地假設(shè)傳值廉價(jià)的類型僅有內(nèi)建類型及 STL 中的迭代器和函數(shù)對象類型。對其他任何類型,請遵循本 Item 的建議,并用傳引用給 const 取代傳值。
Things to Remember
·用傳引用給 const 取代傳值。典型情況下它更高效而且可以避免切斷問題。
·這條規(guī)則并不適用于內(nèi)建類型及 STL 中的迭代器和函數(shù)對象類型。對于它們,傳值通常更合適。