解决 C++ 对临时对象的非常量引用的限制答案

【问题标题】：Working around the C++ limitation on non-const references to temporaries解决 C++ 对临时对象的非常量引用的限制
【发布时间】：2010-09-16 21:48:18
【问题描述】：

我有一个 C++ 数据结构，它是其他计算所需的“便签本”。它的寿命不长，并且不经常使用，因此对性能不是很重要。但是，它在其他可更新跟踪字段中包含一个随机数生成器，虽然生成器的实际值并不重要，但更新值而不是复制和重用该值很重要。 这意味着一般来说，此类的对象是通过引用传递的。

如果一个实例只需要一次，最自然的方法是在需要的地方构造它们（可能使用工厂方法或构造函数），然后将暂存器传递给使用方法。消费者的方法签名使用按引用传递，因为他们不知道这是唯一的用途，但工厂方法和构造函数按值返回 - 您不能通过引用传递未命名的临时对象。

有没有办法避免用讨厌的临时变量阻塞代码？我想避免以下情况：

scratchpad_t<typeX<typeY,potentially::messy>, typename T> useless_temp = factory(rng_parm);
xyz.initialize_computation(useless_temp);

我可以在本质上制作暂存器 mutable 并只标记所有参数 const &，但这并没有让我觉得这是最佳实践，因为它具有误导性，而且我不能为我不完全的课程这样做控制。通过右值引用传递将需要向所有暂存器使用者添加重载，这违背了目的 - 具有清晰简洁的代码。

考虑到性能并不重要（但代码大小和可读性是关键），传递此类暂存器的最佳实践方法是什么？ 如果必需的，但最好只有 C++03 的特性就足够了。

编辑：需要明确的是，使用临时是可行的，不幸的是我想避免代码中的混乱。如果你从不给临时文件起名字，它显然只使用过一次，而且要阅读的代码行数越少越好。此外，在构造函数的初始化器中，不可能声明临时对象。

【问题讨论】：

您可以按值而不是参考来获取“便签本”吗？这样它可能是临时的和可变的。
这样做意味着制作一个副本——在上述临时变量无用的情况下很好，但当我确实需要重用该变量时就不那么好了；这意味着以相同的状态重新运行 rng，这是个坏主意。
@Eamon Nerbonne：可能，只是概念上。在许多编译器的优化构建中，参数将“就地”构建。
@Charles：我认为他的意思是有时他会使用按顺序传递给几个例程的实际对象。在这种情况下，他不想为每个例程制作副本，它们必须通过引用传递。
我的意思是，在某些地方useless_temp 实际上被重复使用了多次，因此并非没用。在 that 场景中按值传递意味着多次重复使用 same 值，从而破坏暂存器。想想按值传递一个随机数生成器 - 如果你这样做两次，两个实例将产生完全相同的随机数序列，这是不可取的。

标签： c++ reference c++11 constants temporaries

【解决方案1】：

虽然不能将右值传递给接受非常量引用的函数，但可以在右值上调用成员函数，但成员函数不知道它是如何被调用的。如果返回对当前对象的引用，则可以将右值转换为左值：

class scratchpad_t
{
    // ...

public:

    scratchpad_t& self()
    {
        return *this;
    }
};

void foo(scratchpad_t& r)
{
}

int main()
{
    foo(scratchpad_t().self());
}

请注意对self() 的调用如何产生一个左值表达式，即使scratchpad_t 是一个右值。

如果我错了，请纠正我，但右值引用参数不接受左值引用，因此使用它们需要向所有暂存器使用者添加重载，这也是不幸的。

嗯，你可以使用模板...

template <typename Scratch> void foo(Scratch&& scratchpad)
{
    // ...
}

如果您使用右值参数调用foo，则Scratch 将推导出为scratchpad_t，因此Scratch&& 将是scratchpad_t&&。

如果你用左值参数调用foo，Scratch 将被推导出为scratchpad_t&，并且由于引用折叠规则，Scratch&& 也将是scratchpad_t&。

请注意，形式参数scratchpad 是一个名称，因此是一个左值，无论它的类型是左值引用还是右值引用。如果您想将scratchpad 传递给其他函数，则不再需要这些函数的模板技巧，只需使用左值引用参数即可。

顺便说一句，你知道xyz.initialize_computation(scratchpad_t(1, 2, 3)); 中涉及的临时暂存器将在initialize_computation 完成后立即销毁，对吗？将引用存储在 xyz 对象中以供以后的用户使用将是一个非常糟糕的主意。

self()不必是成员方法，可以是模板函数

是的，这也是可能的，虽然我会重命名它以使意图更清晰：

template <typename T>
T& as_lvalue(T&& x)
{
    return x;
}

【讨论】：

我意识到它会被立即销毁。暂存器只有一堆初始化所需的值和存储空间。模板不是一个有吸引力的选择，因为它们需要相当大的扩展头文件大小 - 这样做的目的是提高可读性。另一方面，self() 函数听起来很有趣……
这解决了我的问题：self() 不需要是成员方法，它可以是模板函数ala std::move，当然！

【解决方案2】：

问题就在于：

scratchpad_t<typeX<typeY,potentially::messy>, typename T> useless_temp = factory(rng_parm);

丑吗？如果是这样，那为什么不改成这样呢？：

auto useless_temp = factory(rng_parm);

【讨论】：

@PigBen：因为auto 还没有在标准中，我们中的一些人没有能够冒险在标准之外的奢侈。
嗯，这是一个原因，但我也想避免无意义的代码行，在构造函数的初始化列表中，我真的不能声明一个临时的.
@Billy：他说“如果需要，可以使用 C++0x 功能。”如果没有其他好的解决方案，那么它是必需的。
@PigBen：这就是我没有投反对票的原因。但是，我确实回答了您提出的问题，即“为什么不直接改成这个？” :)
无论如何，感谢auto 的提醒 - 我期待着转储 C++03 支持 :-)。

【解决方案3】：

就个人而言，我宁愿看到const_cast 而不是mutable。当我看到mutable 时，我假设有人在做合乎逻辑的const-ness，不要想太多。 const_cast 但是会引发危险信号，因为这样的代码应该如此。

一种选择是使用 shared_ptr 之类的东西（auto_ptr 也可以工作，具体取决于 factory 正在做什么）并按值传递它，这样可以避免复制成本并只维护一个实例，但可以从你的工厂方法传入。

【讨论】：

shared_ptr 听起来很合理，尽管这意味着在整个 API 中使用它，这可能比避免临时使用更麻烦。 const_cast 有什么帮助？
在临时工上使用const_cast 的官方说法是什么？我的直觉说那是UB，但我不确定。实际上，我无法想象它不适用于复杂类型，但我对法律后果感到好奇。
@Dennis：你不会用在临时的，你用在临时的成员身上。
shared_ptr、auto_ptr +1，你也应该指出 unique_ptr。
@Stephane：我从不推荐使用在当前标准下无法实现的库。 Unique_ptr 很好，但在移动语义成为标准之前，我不太愿意推荐使用它。

【解决方案4】：

如果您在堆中分配对象，您可能可以将代码转换为：

std::auto_ptr<scratch_t> create_scratch();

foo( *create_scratch() );

工厂创建并返回auto_ptr，而不是堆栈中的对象。返回的auto_ptr 临时对象将拥有该对象的所有权，但您可以在临时对象上调用非常量方法，并且可以取消引用指针以获得真正的引用。在下一个序列点，智能指针将被销毁并释放内存。如果您需要将相同的scratch_t 连续传递给不同的函数，您只需捕获智能指针即可：

std::auto_ptr<scratch_t> s( create_scratch() );
foo( *s );
bar( *s );

这可以在即将发布的标准中替换为std::unique_ptr。

【讨论】：

工厂方法可能是构造函数，但除此之外，这听起来几乎随时都可以工作；本质上，如果实现略有不同，它与 FredOverflow 的建议类似：您使用方法（此处为运算符重载）返回引用以绕过对右值引用的通常限制。事实上，你可以用一个普通的包装结构和一个隐式转换运算符替换 auto_ptr - 对吧？
是的，它们在实现方面非常相似。问题是，通过提供一个返回引用或强制转换运算符的方法，您正在玩一种违反限制的非惯用技巧，而这种方法是众所周知的惯用方法——以对象的动态分配为代价。这试图遵循最小意外的原则

【解决方案5】：

我将 FredOverflow 的回复标记为他建议使用方法来简单地返回非常量引用的答案；这适用于 C++03。该解决方案需要每个类暂存器类型的成员方法，但在 C++0x 中，我们也可以更一般地为任何类型编写该方法：

template <typename T> T & temp(T && temporary_value) {return temporary_value;}

此函数只是转发普通的左值引用，并将右值引用转换为左值引用。当然，这样做会返回一个可修改的值，其结果会被忽略 - 这恰好正是我想要的，但在某些情况下可能看起来很奇怪。

【讨论】：