C++中的函数返回值问题

首先,强调一点,和函数传参一样,函数返回时也会做一个拷贝。

从某种角度上看,和传参一样,也分为三种:

  • 返回值:返回任意类型的数据类型,会将返回数据做一个拷贝(副本)赋值给变量;由于需要拷贝,所以对于复杂对象这种方式效率比较低(调用对象的拷贝构造函数、析构函数);例如:int test(){}或者 Point test(){}
  • 返回指针:返回一个指针,也叫指针类型的函数,在返回时只拷贝地址,对于对象不会调用拷贝构造函数和析构函数;例如:int *test(){} 或者 Point *test(){}
  • 返回引用:返回一个引用,也叫引用类型的函数,在返回时只拷贝地址,对于对象不会调用拷贝构造函数和析构函数;例如:int &test(){}或者 Point &test(){}

一般来说,在函数内对于存在栈上的局部变量的作用域只在函数内部,在函数返回后,局部变量的内存会自动释放。因此,如果函数返回的是局部变量的值,不涉及地址,程序不会出错;但是如果返回的是局部变量的地址(指针)的话,就会造成野指针,程序运行会出错。因为函数只是把指针复制后返回了,但是指针指向的内容已经被释放,这样指针指向的内容就是不可预料,调用就会出错。

1、返回值

int test1() {
  int a = 1;
  return a;
}

返回值是最简单有效的方式,他的操作主要在栈上,根据函数栈的特性局部变量a会在函数结束时被删除,为了返回a的值,需要产生a的复制。

如果a原子类型这当然也无所谓,但是如果a是大的对像,那么对a的复制将会产生比较严重的资源和性能消耗。

注:函数返回值本身因为没有名称或引用,所以是右值,是不能直接操作的。

2、指针类型的函数——返回指针

若函数的返回值是指针,该函数就是指针类型的函数。(即函数return一个指针,该指针可以是任何类型的)

1)指针类型的函数定义:

<类型> *函数名(参数)

int *test1() {
  int *b = new int();
  *b = 3;
  return b;
}

根据函数栈的特性也会产生复制,但是这个复制只是4(或8)字节,对于返回大型对像或数组来说可减少资源。但是返回指针资源的清理工作交给了调用者,这某种意义上违反了谁申请谁销毁的原则。

注:函数返回指针也是右值,同样无法操作。

2)说明:

  • 不要将非静态局部地址用作函数返回值:因为局部地址在离开函数后就失效了。
  • 可以在函数中用动态内存分配(new)的地址返回,但需要注意内存分配和释放不在同一级别,不要忘记释放,否则内存泄露;
  • 可以在主调函数中定义数组,函数中对该数组进行操作,然后返回其中一个元素的地址;

3、返回引用

1)引用类型函数的定义:

<类型> &函数名(参数)

int &test3() {
  int *c = new int();
  *c = 5;
  return *c;
}

引用是C++中新添加的概念,所以返回引用也是C++中相对于C来说所没有的。引用是值的别名,和指针一样不存在对大对像本身的复制,只是引用别名的复制。引用是左值,返回引用可以直接操作,也就可以进行连续赋值,最经典的示例是拷贝构造函数和运算符重载一般返回引用。

test3() +=3;

2)说明:

  • 和返回指针一样,不要将非静态局部变量的引用用作函数返回值:因为局部地址在离开函数后就失效了。
  • 和返回指针一样,用动态内存分配(new)的局部指针可以作为引用返回,但是和返回指针一样需要调用者自己去清理内存,否则内存泄露;

总结:

在C时代函数只能返回值、指针两种,这两种返回的都是右值;前者对于返回对象时要进行拷贝,效率比较低(会执行对象的拷贝构造函数、析构函数),后者不会发生;

C++时代除了上面两种外,多了返回引用,这种返回时一种左值,特性和返回指针一样;

4、综合示例

1)返回栈内局部变量:

#include <iostream>
using namespace std;
int fun1() {
    int i = 1;
    cout<<"fun1 i address"<<&i<<endl;
    return i;//ok,返回值是i值得拷贝
}
int *fun2() {//指针类型的函数
    int i = 2;
    int *ip = &i;
    cout<<"fun2 i address"<<ip<<endl;
    return ip; // Wrong!返回值是ip指针的拷贝,但该地址在函数结束后会释放变得无效
}
int main() {
    int r1 = fun1();
    cout<<"main fun1 return i address"<<&r1<<endl;
    cout << r1 << endl; // 1
 
    int *r2 = fun2();
    cout<<"main fun2 return i address"<<r2<<endl;
    //这里有可能出错:具体看对应的内存是否被覆盖,但总之该内存已无效
    cout << *r2 << endl;//0
 
    return 0;
}

输出:

fun1 i address0x7ffc49e9b69c
main fun1 return i address0x7ffc49e9b6b4
1
fun2 i address0x7ffc49e9b694
main fun2 return i address0x7ffc49e9b694
0

我们在看一个对象的例子:

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
class Point {
  public:
    Point(int a,int b):x(a),y(b){}
    int getX();
    void setX(int x);
  private:
    int x,y;
};
 
int Point::getX(){
  return x;
}
void Point::setX(int a) {
  x = a;
}
Point func(int x) {
  Point p(x,100);
  cout<<"func1 p address:"<<&p<<endl;
  return p;//ok,发生一次Point拷贝
}
Point *func2(int x) {//指针函数
  Point p(x,200);
  cout<<"func2 p address:"<<&p<<endl;
  return &p;//wrong,返回值是p地址的拷贝,但该地址在函数结束后会被释放变得无效
}
main() {
  Point p = func(1);
  cout<<"main return p address:"<<&p<<endl;
  cout<<"main return p x:"<<p.getX()<<endl;
 
  Point *p2 = func2(2);
  cout<<"main return p address:"<<p2<<endl;
  cout<<"main return p x:"<<p2->getX()<<endl;
}

编译的时候会有一个警告:

test88.cpp: In function ‘Point* func2(int)’:
test88.cpp:26:9: warning: address of local variable ‘p’ returned [-Wreturn-local-addr]
   Point p(x,200);
         ^

输出:

func1 p address:0x7fff0f005270
main return p address:0x7fff0f005290
main return p x:1
func2 p address:0x7fff0f005270
main return p address:0x7fff0f005270
main return p x:6299776

结论:对于栈内局部变量,采用一般的返回值,实际上是对返回值的一次值拷贝,在内存里会有两个示例;对于指针类型函数的返回值,实际上是对地址的一次拷贝,内存只有一个示例,但该地址是一个非法的地址,在使用时会出现问题。

2)返回字符串:

通过 char* s = “Hello”; 的方式得到的是一个字符串常量 Hello,存放在只读数据段(.rodata section),把该字符串常量的只读数据段的首地址赋值给了指针 s,所以函数返回时,该字符串常量所在的内存不会被回收,所以能正确地通过指针访问。

#include <iostream>
using namespace std;
 
char *fun1() {
  char *s="hello";
  return s;//ok
}
 
int main() {
  char *c1 = fun1();
  cout<<c1<<endl;
  //常量,无法在修改 
  
  return 0;
}

3)静态变量:

可以把局部变量声明为static静态变量。这样变量存储在静态存储区,程序运行过程中一直存在。

int *fun3(){
  static int i = 5;
  cout<<"fun3 i address:"<<&i<<endl;
  return &i;
}
int main() {
 
  int *r1 = fun3();
  cout<<"main return i address:"<<r1<<endl;
  cout<<*r1<<endl;
}

输出:

fun3 i address:0x602078
main return i address:0x602078
5

4)数组:

数组是不能作为函数的返回值的。因为编译器会把数组名认为是局部变量(数组)的地址。返回一个数组,实际上是返回指向这个数组首地址的指针。函数结束后,数组作为局部变量被释放,这个指针则变成了野指针。但是声明数组是静态的,然后返回是可以的。

int *fun4() {
  static int a[2]={4,5};
  cout<<"fun4 a[] address:"<<&a<<endl;
  return a;
}
int main() {
  int *r2 = fun4();
  cout<<"main return a[] address:"<<r2<<endl;
  cout<<*r2<<endl;
}

输出:

fun4 a[] address:0x60207c
main return a[] address:0x60207c
4

5)堆内变量:

函数返回指向存储在堆上的变量的指针是可以的。但是,程序员要自己负责在函数外释放(free/delete)分配。

int *fun5() {
  int *j = new int;
  *j = 99;
  cout<<"fun5 j address:"<<j<<endl;
  return j;
}
int main() {
 
  int *r3 = fun5();
  cout<<"main return j address:"<<r3<<endl;
  cout<<*r3<<endl;
  *r3 = 100;
  cout<<*r3<<endl;
  delete r3;
}

输出:

fun5 j address:0x208b010
main return j address:0x208b010
99
100

综上,C++的函数返回和函数传参有所不同,返回值和传参一样也有三种类型:

  • 使用一般(传统)的函数返回,对于复杂对象会涉及到拷贝效率问题;
  • 使用指针类型的函数会有很多限制和弊端(容易内存泄露);
  • 引用类型的函数又是一个鸡肋;

所以一般C++函数都是用传址的方式进行双向数据绑定,而返回值仅仅是一个成功或失败的标志。

作者:赶路人儿 原文地址:https://blog.csdn.net/liuxiao723846/article/details/104825422

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