條款31: 千萬不要返回局部對象的引用，也不要返回函數(shù)內(nèi)部用new初始化的指針的引用
本條款聽起來很復(fù)雜，其實不然。它只是一個很簡單的道理，真的，相信我。
先看第一種情況：返回一個局部對象的引用。它的問題在于，局部對象 ----- 顧名思義 ---- 僅僅是局部的。也就是說，局部對象是在被定義時創(chuàng)建，在離開生命空間時被銷毀的。所謂生命空間，是指它們所在的函數(shù)體。當(dāng)函數(shù)返回時，程序的控制離開了這個空間，所以函數(shù)內(nèi)部所有的局部對象被自動銷毀。因此，如果返回局部對象的引用，那個局部對象其實已經(jīng)在函數(shù)調(diào)用者使用它之前被銷毀了。
當(dāng)想提高程序的效率而使函數(shù)的結(jié)果通過引用而不是值返回時，這個問題就會出現(xiàn)。下面的例子和條款23中的一樣，其目的在于詳細(xì)說明什么時候該返回引用，什么時候不該：
class rational { // 一個有理數(shù)類
public:
rational(int numerator = 0, int denominator = 1);
~rational();
...
private:
int n, d; // 分子和分母
// 注意operator* (不正確地)返回了一個引用
friend const rational& operator*(const rational& lhs,
const rational& rhs);
};
// operator*不正確的實現(xiàn)
inline const rational& operator*(const rational& lhs,
const rational& rhs)
{
rational result(lhs.n * rhs.n, lhs.d * rhs.d);
return result;
}
這里，局部對象result在剛進(jìn)入operator*函數(shù)體時就被創(chuàng)建。但是，所有的局部對象在離開它們所在的空間時都要被自動銷毀。具體到這個例子來說，result是在執(zhí)行return語句后離開它所在的空間的。所以，如果這樣寫：
rational two = 2;
rational four = two * two; // 同operator*(two, two)
函數(shù)調(diào)用時將發(fā)生如下事件：
1. 局部對象result被創(chuàng)建。
2. 初始化一個引用，使之成為result的另一個名字；這個引用先放在另一邊，留做operator*的返回值。
3. 局部對象result被銷毀，它在堆棧所占的空間可被本程序其它部分或其他程序使用。
4. 用步驟2中的引用初始化對象four。
一切都很正常，直到第4步才產(chǎn)生了錯誤，借用高科技界的話來說，產(chǎn)生了"一個巨大的錯誤"。因為，第2步被初始化的引用在第3步結(jié)束時指向的不再是一個有效的對象，所以對象four的初始化結(jié)果完全是不可確定的。
教訓(xùn)很明顯：別返回一個局部對象的引用。
"那好，"你可能會說，"問題不就在于要使用的對象離開它所在的空間太早嗎？我能解決。不要使用局部對象，可以用new來解決這個問題。"象下面這樣：
// operator*的另一個不正確的實現(xiàn)
inline const rational& operator*(const rational& lhs,
const rational& rhs)
{
// create a new object on the heap
rational *result =
new rational(lhs.n * rhs.n, lhs.d * rhs.d);
// return it
return *result;
}
這個方法的確避免了上面例子中的問題，但卻引發(fā)了新的難題。大家都知道，為了在程序中避免內(nèi)存泄漏，就必須確保對每個用new產(chǎn)生的指針調(diào)用delete，但是，這里的問題是，對于這個函數(shù)中使用的new，誰來進(jìn)行對應(yīng)的delete調(diào)用呢？
顯然，operator*的調(diào)用者應(yīng)該負(fù)責(zé)調(diào)用delete。真的顯然嗎？遺憾的是，即使你白紙黑字將它寫成規(guī)定，也無法解決問題。之所以做出這么悲觀的判斷，是基于兩條理由：
第一，大家都知道，程序員這類人是很馬虎的。這不是指你馬虎或我馬虎，而是指，沒有哪個程序員不和某個有這類習(xí)性的人打交道。想讓這樣的程序員記住無論何時調(diào)用operator*后必須得到結(jié)果的指針然后調(diào)用delete，這樣的幾率有多大呢？也是說，他們必須這樣使用operator*：
const rational& four = two * two; // 得到廢棄的指針；
// 將它存在一個引用中
...
delete &four; // 得到指針并刪除
這樣的幾率將會小得不能再小。記住，只要有哪怕一個operator*的調(diào)用者忘了這條規(guī)則，就會造成內(nèi)存泄漏。
返回廢棄的指針還有另外一個更嚴(yán)重的問題，即使是最盡責(zé)的程序員也難以避免。因為常常有這種情況，operator*的結(jié)果只是臨時用于中間值，它的存在只是為了計算一個更大的表達(dá)式。例如：
rational one(1), two(2), three(3), four(4);
rational product;
product = one * two * three * four;
product的計算表達(dá)式需要三個單獨(dú)的operator*調(diào)用，以相應(yīng)的函數(shù)形式重寫這個表達(dá)式會看得更清楚：
product = operator*(operator*(operator*(one, two), three), four);
是的，每個operator*調(diào)用所返回的對象都要被刪除，但在這里無法調(diào)用delete，因為沒有哪個返回對象被保存下來。
解決這一難題的唯一方案是叫用戶這樣寫代碼：
const rational& temp1 = one * two;
const rational& temp2 = temp1 * three;
const rational& temp3 = temp2 * four;
delete &temp1;
delete &temp2;
delete &temp3;
果真如此的話，你所能期待的最好結(jié)果是人們將不再理睬你。更現(xiàn)實一點(diǎn)，你將會在指責(zé)聲中度日，或者可能會被判處10年苦力去寫威化餅干機(jī)或烤面包機(jī)的微代碼。
所以要記住你的教訓(xùn)：寫一個返回廢棄指針的函數(shù)無異于坐等內(nèi)存泄漏的來臨。
另外，假如你認(rèn)為自己想出了什么辦法可以避免"返回局部對象的引用"所帶來的不確定行為，以及"返回堆(heap)上分配的對象的引用"所帶來的內(nèi)存泄漏，那么，請轉(zhuǎn)到條款23，看看為什么返回局部靜態(tài)(static)對象的引用也會工作不正常。看了之后，也許會幫助你避免頭痛醫(yī)腳所帶來的麻煩。
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