返回 STL 容器元素的引用答案

【问题标题】：Returning a reference of STL container element返回 STL 容器元素的引用
【发布时间】：2012-07-31 03:54:15
【问题描述】：

我在http://developer-resource.blogspot.com.au/2009/01/pros-and-cons-of-returing-references.html 看到的博客写道：

在此代码库中工作了一段时间后，我相信返回引用是邪恶的，应该像对待返回一个指针，这是避免它。

例如，花了一周时间调试的问题是以下：

class Foo {
        std::vector< Bar > m_vec;
      public:
        void insert(Bar& b) { m_vec.push_back(b); }
        Bar const& getById(int id) { return m_vec[id]; }
      }

此示例中的问题是客户端正在调用并获取存储在向量中的引用。现在之后会发生什么客户插入一堆新元素？矢量需要调整大小内部猜测所有这些引用会发生什么？那是就在那里无效。这导致了一个很难找到的错误只需删除 & 即可修复。

我看不出代码有什么问题。是我误解了通过引用和 STL 容器返回，还是帖子不正确？

【问题讨论】：

标签： c++ stl reference containers

【解决方案1】：

例如，您在向量中有 2 个元素：

a 和 b。您返回这些 r1 和 r2 的引用。

现在另一个客户端插入到向量中。由于向量只有两个元素存储存在。它重新分配存储。它复制a 和b 并在它们之后插入c。这将更改a 和b 的位置。所以引用 r1 和 r2 现在无效并且指向垃圾位置。

如果 getById 方法没有通过引用返回，那么将会制作一个副本，并且一切都会正常工作。

【讨论】：

【解决方案2】：

问题更容易显示为：

std::vector<int> vec;
vec.push_back(1);
const int& ref = vec[0];
vec.push_back(ref);

vec[1] 的内容未定义。在第二个push_back 中，ref 引用了内存中vec[0] 初始化时的位置。在push_back 内部，vector 可能必须重新分配，从而使ref 所指的内容无效。

这是一个很大的不便，但幸运的是，这不是一个经常发生的问题。 Foo 是一个容器，人们插入的容器与他们刚刚通过 ID 找到的 Bar 相同吗？这对我来说似乎很有趣。每次访问都复制一份似乎是为了解决问题。如果你觉得已经够糟糕了，

void insert(const Bar& b)
{
    if ((m_vec.data() <= &b) && (&b < m_vec.data() + m_vec.size()))
    {
        Bar copy(b);
        return insert(copy);
    }
    else
        m_vec.push_back(b);
}

在 C++11 中，最好这样写 Foo::insert（假设 Bar 有一个不错的移动构造函数）：

void insert(Bar b)
{
    m_vec.emplace_back(std::move(b));
}

【讨论】：

【解决方案3】：

除了其他答案，值得指出的是，这种效果取决于容器类型。例如，对于vectors，我们有：

向量重新分配发生在成员函数必须增加向量对象中包含的序列超出其当前存储容量。其他插入和擦除可能会改变各种存储序列中的地址。在所有这些情况下，迭代器或指向序列更改部分的引用变为无效的。如果没有发生重新分配，只有迭代器和引用在插入/删除点之前保持有效。

而lists由于他们存储数据的方式在这方面更加放松：

当成员函数必须插入或删除时发生列表重新分配列表的元素。在所有这些情况下，只有迭代器或引用该点在受控序列的擦除部分变为无效。

其他容器类型依此类推。

【讨论】：

【解决方案4】：

来自同一篇文章的评论：

这里的问题不是通过引用返回是邪恶的，而是您返回的引用可能会变得无效。

第 153 页，第 6.2 节“C++ 标准库：教程和参考”——Josuttis，内容如下：

"插入或删除 elmeents 会使引用、指针和引用以下元素的迭代器。如果插入导致重新分配，它使所有引用、迭代器和指针无效"

您的代码示例就像持有对第一个的引用一样邪恶向量的元素，向向量中插入 1000 个元素，以及然后尝试使用现有的参考。

【讨论】：