我应该如何从函数中返回一个对象？答案

【问题标题】：How should I return an object from a function?我应该如何从函数中返回一个对象？
【发布时间】：2017-08-08 21:39:56
【问题描述】：

考虑以下场景：有一个类CDriver 负责枚举所有连接的输出设备（由COutput 类表示）。其代码可能如下所示：

class COutput
{
    // COutput stuff
};

class CDriver
{
public:
    CDriver();  // enumerate outputs and store in m_outputs

    // some other methods

private:
    std::vector<COutput> m_outputs;
};

现在CDriver 应该能够授予用户访问枚举的COutputs 的权限。

实现这一点的第一种方法是返回一个指针：

const COutput* GetOutput(unsigned int idx) const 
{ 
    return idx < m_outputs.size() ? &m_outputs[idx] : nullptr; 
}

在我看来，这种方法存在的问题是，如果指针是由用户存储的，并且在 CDriver 对象被销毁后它仍然存在，那么它现在是一个悬空指针。这是因为指针（COutput 对象）在CDriver 对象的析构过程中已被销毁。

第二种方法是通过引用返回：

const COutput& GetOutput(unsigned int idx) const 
{ 
    return idx < m_outputs.size() ? &m_outputs[idx] : m_invalidOutput; 
}

这里的问题与使用指针的方法相同。此外，它还有一个额外的警告，即不能返回真正的无效对象。如果将nullptr 作为返回指针返回，则很明显它是“无效的”。但是，在引用方面，没有与 nullptr 等效的选项。

继续接近第三名。按值返回。

COutput GetOutput(unsigned int idx) const 
{ 
    return idx < m_outputs.size() ? &m_outputs[idx] : m_invalidOutput; 
}

在这里，用户不必担心返回对象的生命周期。但是，COutput 对象必须被复制，并且与引用方法类似，没有直观的方法来检查错误。

我可以继续...

例如，COutput 对象可以在堆上分配并存储在std::shared_ptrs 中，然后按原样返回。但是，这会使代码非常冗长。

有没有什么办法可以直观地解决这个问题，又不会引入不必要的代码冗长？

【问题讨论】：

视具体情况而定。不同的情况有不同的退货方式。我认为您需要更具体。
通过引用/值返回的两种可能的解决方案：1) 对超出范围的索引抛出异常（这是std::vector::at 所做的），或 2) 对超出范围的索引有未定义的行为（这就是std::vector::operator[] 所做的）。
@Frxstrem 但这仍然不能解决必须复制对象的问题
为什么复制对象有问题？
如果您想返回一个对象而不复制它或放弃所有权，请考虑std::weak_ptr。

标签： c++ pointers reference return-by-value

【解决方案1】：

首先让我说，你绝对不应该开始搞乱shared_ptr 来解决这个问题。只是不要这样做。这里有几个不同的选择是合理的。

首先，您可以简单地按值返回。如果COutput 很小，这是一个好方法。要处理越界索引，您有两种选择。一是抛出异常。效果很好，很容易。这是我最有可能在这里推荐的。确保有一个size() 成员，用户可以调用该成员来获取大小，这样他们就可以避免支付投掷费用，如果这对他们来说太贵的话。您也可以返回optional。从 17 开始，这在标准库中，在 boost 之前，并且有独立的实现。

其次，您可以通过指针/引用返回。是的，它可以悬挂。但是 C++ 并没有声称可以提供针对这种情况的保护。每个标准容器都具有 begin() 和 end() 方法，它们返回迭代器也很容易悬空。期望客户避免这些陷阱在 C++ 中并非不合理（当然，您应该记录它们）。

第三，你可以做控制反转：你不是给用户一个对象来操作，而是让用户传递他们想要采取的行动。换句话说：

template <class F>
auto apply(std::size_t idx, F f) const 
{
    if (idx >= m_outputs.size())
    {
        throw std::out_of_range("index is out of range");
    }

    return f(m_outputs[idx]); 
}

用法：

CDriver x;
x.apply(3, [] (const COutput& o) {
    o.do_something();
});

在这种情况下，用户需要更加努力地使某些东西悬空（尽管仍然有可能），因为他们没有得到指针/引用，而且您也不必制作副本。

您当然可以通过多种方式更改apply；例如不是从函数调用返回，而是返回 true/false 以指示索引是否在范围内而不是抛出。基本思想是一样的。请注意，必须修改此方法以与虚函数结合使用，这将使其不太理想。因此，如果您正在考虑 CDriver 的多态性，您应该考虑这一点。

【讨论】：

【解决方案2】：

看看 C++11 的共享指针。使用共享指针，在销毁所有“拥有”该对象的共享指针之前，不会调用基础对象的解构器。在处理对单个对象的多个引用时，这消除了很多（但不是全部）令人头疼的问题。

这里有更多信息： http://en.cppreference.com/w/cpp/memory/shared_ptr

【讨论】：

【解决方案3】：

1)。久经考验：抛出标准argument exception

2) 你可以使用元组和std::tie。

const std::tuple<bool, COutput> GetOutput(unsigned int idx) const 
{ 
     return idx < m_outputs.size() 
               ? std::make_tuple(true m_outputs[idx])
               : std::make_tuple(false,  m_invalidOutput); 
}

bool has_value;
COutput output;

std::tie(has_value, output) = GetOutput(3);

可以使用C++17 structured bindings中的替换元组和std::tie。

3) 对于这种情况，C++17 将有std::optional。

【讨论】：