C++：从堆栈内存返回 std::string 引用

Question

首先我会说我已经阅读过这个主题：C++ Return reference / stack memory。但是在那里，问题在于std::vector<int> 作为对象类型。但我虽然std::string 的行为不同。这个类不是专门为使用字符串而设计的，而不必担心内存泄漏和错误使用内存吗？

所以，我已经知道这是错误的：

std::vector<t> &function()
{
    vector<t> v;
    return v;
}

但这也错了吗？

std::string &function()
{
    string s = "Faz";
    s += "Far";
    s += "Boo";
    return s;
}

谢谢

---

额外问题（编辑）：那么，当我说返回（按值）std::string 不会复制字符序列时，我是否正确指向char * 数组的指针和一个t_size 的长度？

如果这句话是正确的，这是否是创建一个字符串的深拷贝的有效方法（避免替换会改变字符串）？

string orig = "Baz";
string copy = string(orig);

Answer 1

类型无关紧要；对于任何对象类型T，这种模式总是完全错误的，100% 错误：

T& f() {
    T x;
    return x;
}   // x is destroyed here and the returned reference is thus unusable

如果你从一个函数返回一个引用，你必须确保它所引用的对象在函数返回后仍然存在。由于具有自动存储持续时间的对象在声明它们的块的末尾被销毁，因此保证它们在函数返回后不存在。

Answer 2

你真的很接近让这些功能发挥作用：

std::string function()
{
    string s = "Faz";
    s += "Far";
    s += "Boo";
    return s;
}

只需让它们返回一个副本而不是一个引用，就可以了。这就是您想要的，基于堆栈的字符串的副本。

它也变得更好了，因为返回值优化 (RVO) 只会创建一次字符串并返回它，就像您在堆上创建它并返回对它的引用一样，所有这些都在幕后！

Answer 3

不返回引用，按值返回：

std::string function() // no ref
{
    string s = "Faz";
    s += "Far";
    s += "Boo";
    return s;
}

如果您的编译器可以进行命名返回值优化，也就是 NRVO（这很可能），它会将其转换为大致相当于以下内容的内容，从而避免任何无关的副本：

// Turn the return value into an output parameter:
void function(std::string& s)
{
    s = "Faz";
    s += "Far";
    s += "Boo";
}

// ... and at the callsite,
// instead of:
std::string x = function();
// It does this something equivalent to this:
std::string x; // allocates x in the caller's stack frame
function(x); // passes x by reference

---

关于额外的问题：

string 的拷贝构造函数总是做一个深拷贝。因此，如果涉及副本，则不存在混叠问题。但是当使用 NRVO 按值返回时，正如您在上面看到的，不会复制。

您可以使用几种不同的语法进行复制：

string orig = "Baz";
string copy1 = string(orig);
string copy2(orig);
string copy3 = orig;

第二个和第三个没有语义上的区别：它们都只是初始化。第一个通过显式调用复制构造函数来创建一个临时变量，然后用一个副本初始化变量。但是编译器可以在这里进行复制省略（而且很可能会这样做）并且只会制作一个副本。

Answer 4

这个问题（不管是什么类型）是你返回的内存引用一旦被命中就会超出范围。

std::string &function()
{
    string s = "Faz";
    s += "Far";
    s += "Boo";

    // s is about to go out scope here and therefore the caller cannot access it
    return s;
}

您可能希望将返回类型更改为不是引用而是按值，因此会返回 s 的副本。

std::string function()
{
    string s = "Faz";
    s += "Far";
    s += "Boo";

    // copy of s is returned to caller, which is good
    return s;
}

Answer 5

可以取返回字符串的地址，与原字符串的地址进行比较，如下图：

#include <iostream>    
using namespace std;

string f() {
    string orig = "Baz";
    string copy1 = string(orig);
    string copy2(orig);
    string copy3 = orig;

    cout << "orig addr: " << &orig << endl;
    cout << "copy1 addr: " << &copy1 << endl;
    cout << "copy2 addr: " << &copy2 << endl;
    cout << "copy3 addr: " << &copy3 << endl;
    return orig;
}

int main() {
    string ret = f();
    cout << "ret addr: " << &ret << endl;
}

我得到了以下信息：

原地址：0x7ffccb085230
复制1地址：0x7ffccb0851a0
复制2地址：0x7ffccb0851c0
copy3 地址：0x7ffccb0851e0
ret地址：0x7ffccb085230

你看到orig和ret指向内存中的同一个字符串实例，所以orig是通过引用返回的。 copy1、copy2、copy3 是 orig 的副本，因为它们指向内存中的不同对象。