C++ 返回对向量中值的引用

Question

给定以下程序：

#include <iostream>
#include <utility>
#include <vector>
#include <unordered_map>

#ifdef WITHPAIR
auto get_state() {
    std::pair<std::vector<unsigned>, std::unordered_map<unsigned, unsigned&>> st;

    auto& v = st.first;
    auto& index = st.second;

    v.assign({1u,2u,3u,4u});

    index.insert({0u, v[0]});
    index.insert({1u, v[1]});
    index.insert({2u, v[2]});
    index.insert({3u, v[3]});

    return st;
}

#else

std::pair<std::vector<unsigned>, std::unordered_map<unsigned, unsigned&>> get_state() {
    std::vector v{1u,2u,3u,4u};
    std::unordered_map<unsigned, unsigned&> index{
            {0u, v[0]},
            {1u, v[1]},
            {2u, v[2]},
            {3u, v[3]}
    };

    return {v, index};
}
#endif

auto main() -> int {
    auto [v, index] = get_state();
//    auto [v, index] = std::move(get_state());
    std::cout << v[0] << " " << index.at(0) << std::endl;
    v[0] = 5;
    std::cout << v[0] << " " << index.at(0) << std::endl;
    std::cout << v[1] << " " << index.at(1) << std::endl;
    v[2] = 17;
    std::cout << v[2] << " " << index.at(2) << std::endl;
    std::cout << v[3] << " " << index.at(3) << std::endl; 

    return 0;
}

http://coliru.stacked-crooked.com/a/f9e528074ae78c03

不使用-DWITHPAIR 进行编译以查看第二个函数的行为

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函数get_state有两个版本。

只有第一个函数似乎具有正确的行为，并且在从函数返回时实际上使该数据可用（从链接的程序中可以看到）；第二个函数的行为不是这样，并且 unordered_map 中的值与向量中的值不同。

我的问题是两个：

• 第一个函数的行为是否正确？是否是未定义的行为？
• 为什么第二个会改变向量？

Answer 1

由于NRVO，您的第一个功能似乎可以工作：

在return语句中，当操作数是具有自动存储持续时间的非易失性对象的名称时，该对象不是函数参数或catch子句参数，并且属于同一类类型（忽略cv-资格）作为函数返回类型。这种复制省略的变体被称为 NRVO，“命名返回值优化”。

如果发生这种情况，则没有执行复制，并且地图中的引用仍然有效，但由于 NRVO 是一种优化，因此不能保证您只是幸运地工作。

在第二个函数中，您创建std::pair<std::vector<unsigned>, std::unordered_map<unsigned, unsigned&>> 类型的临时对象，并使用左值v 和index 对其进行初始化，因此为它们调用了复制构造函数，并且所有引用在原始v 时都无效被摧毁。修复可能是显式调用std::move：

return {std::move(v), index};

并且作为标准保证引用保持有效并指向新向量中的元素，因此应该不再有 UB。 index 也应该移动以提高效率和一致性，但我留下了它，因为它与问题无关。

这是一种非常危险的编程方式，我会考虑不同的数据类型（可能是向量中的索引而不是引用）。