《C++面向對象高效程式設計（第2版）》——3.12 參數傳遞模式——客戶的角度

本節書摘來自異步社群出版社《c++面向對象高效程式設計（第2版）》一書中的第3章，第3.12節，作者： 【美】kayshav dattatri，更多章節内容可以通路雲栖社群“異步社群”公衆号檢視。

c++面向對象高效程式設計（第2版）

在設計類的接口時，要聲明類的成員函數，并指定它們的參數。類的客戶調用成員函數時，提供實參（如果有的話）。

每種方法都應清楚地指明參數的傳遞模式，參數可以按值、按引用或按指針傳遞。與const聯合使用，參數會更加安全可靠。函數的原型用于向客戶傳達這些資訊。

每個參數的傳遞模式都給客戶傳達特定的含義。再者，有時還需遵循一些經長時間驗證确實行之有效的規則。是以，為參數選擇合适的類型非常重要。在接下來的内容中，我們将介紹參數傳遞的不同樣式和它們的含義。

注意：

在接下來的示例中，術語主調函數（caller）指的是g()函數（或者main程式），它調用另一個函數f()。在這種情況下，f()就是被調函數（calle e），即g()所調用的函數。換言之，主調函數是發起轉移控制權的函數，被調函數是接受控制權的函數。

在以下所列例子中，将使用t類和x類，以及x類的成員函數f()。無需考慮t類和x類中所具體包含的内容。

<code>（1）void x::f(t arg)　// 第一例，按值傳遞（pass by value）。</code>

被調函數可以對arg（原始對象的副本）進行讀取和寫入。在f()内改動arg不會影響f()的主調函數，因為主調函數已提供原始對象的副本。這也許是參數傳遞最佳和最安全的模式，主調函數和被調函數互相保護。但是，這種模式也存在缺點：要調用複制構造函數複制原始對象，再将原始對象的副本傳遞給f()，而且在退出f()時，通常還必須通過arg調用析構函數。必須記住，每次調用構造函數後，遲早都要調用析構函數銷毀對象。構造函數和析構函數的開銷很大。再者，有時複制對象操作僅限于特權客戶或被完全禁止。在這種情況下，就不能使用按值傳遞，用按引用傳遞參數會更好。另外，複制大型對象非常耗時，此時，按值傳遞參數通常不是首選的方案。f()不應該在對象（該對象調用f()）的資料成員中儲存arg的位址（使用this指針），因為一旦退出函數，arg即被銷毀。

<code>（2）void x::f(const t arg)　　// 第二例，按值傳遞。</code>

該例和上例非常相似，仍然是按值傳遞，且它有普通按值傳遞所有的優缺點。但是，在該例中，被調函數隻能對arg進行讀取，不能寫入，因為arg被聲明為const對象。通常，主調函數對這樣的參數傳遞樣式都視而不見。實際上，主調函數并不關心被調函數如何操作它的副本。因為那隻是個副本，并不是真正的對象。const僅是被調函數對原始對象副本施加的額外限制。

<code>（3）void x::f(t&amp; arg)　　// 第一例，按引用傳遞（pass by reference）。</code>

除非有其他的說明，否則，該例意味着被調函數可對arg進行讀出和寫入。換言之，arg是一個輸入輸出形參（in-out parameter）。被調函數可以修改真正的對象，也就是說，f()可以在需要時從arg中讀取輸入形參，然後再将結果寫回arg中。如果确實打算這樣操作，要在注釋中清楚地說明。注意，arg屬于主調函數，f()不會銷毀它。

另一方面，我們可能打算把arg作為隻輸出形參（out-only parameter）使用（即被調函數可将結果值寫入arg中，但不能從中讀取值）。編譯器無法強制執行這個規則。通常，在這種情況下，arg是一個未初始化的對象，僅用于傳回值（隻是一個輸出形參）。主調函數建立一個空對象（可能使用預設構造函數），并将其傳遞給f()，f()把傳回值寫入arg中。需要更詳細的文檔才能清楚地說明該意圖。如果打算把arg作為輸出形參使用，那麼，最好讓這樣的函數都遵循一種不同的命名約定（如函數名字首copy）。在主調函數已標明儲存格式，被調函數隻負責填充原始對象的情況下，使用引用作為輸出形參是不錯的方案。通常這種情況要用到繼承層次，我們将在後續章節中介紹。記住，arg屬于主調函數。按引用傳遞參數保證了參數是活的對象，它不像空指針那樣。這也保證了引用的對象在f()調用的生存期内一直存在。不要在真正需要使用對象的地方，使用指向t的指針。

警告：

通常認為，無論何時傳遞引用參數，被調函數都不應該儲存arg的位址。因為在退出函數後，無法保證arg還存在。（3）說明，f()應假設arg的生存期受限于f()的作用域内。想象一下，如果f()将arg的位址儲存在它的對象（該對象調用f()）的一個資料成員中，稍後試圖通過已儲存的位址使用arg。在此之前，arg可能已經在主調函數的作用域内被銷毀了。主調函數不會保證arg的生存期！進行任何類似的操作一定會導緻程式崩潰（或引起無法預料的行為和難以追蹤的潛在程式錯誤）。以上的分析并不是說f()不應該擷取arg的位址，擷取位址沒錯，我們在指派操作符中就要擷取位址。但是，不要在任何資料成員中儲存該位址。

　　　

線程安全

在多線程環境中，主調函數必須保證arg在f()函數的整個生存期内都存在。如果某線程調用一個帶引用形參的函數，在f()調用完成之前，如果其他的線程被排程執行，且該程序銷毀了傳遞給f()的對象，情況會變得非常糟糕。調試這樣的代碼簡直是一場噩夢。

hand 絕不要對隻輸入形參（in-only parameter）使用按引用傳遞（無const限定符）模式。

<code>（4）void x::f(const t&amp; arg)　　// 第二例，按引用傳遞。</code>

此例優于（3），被調函數對arg隻能讀取不能寫入。因為arg是對const對象的引用，它是一個隻輸入形參（in-only parameter）。在傳遞大型對象時，此傳遞樣式為高效之道，強烈推薦使用。在按值傳遞不可用時，盡可能地使用該樣式。和（3）一樣，該例也意味着被調函數不能儲存arg的位址，因為無法保證arg在函數傳回後仍存在。在（3）和（4）中，f()函數可能也想制作一份arg的副本，但主調函數不允許這樣做。要在文檔中清楚地說明主調函數的意圖。

<code>（5）void x::f(t* argp)　　　// 第一例，按指針傳遞。</code>

c程式員鐘愛指針。大多數時候，他們在c中使用指針合情合理，因為c并沒有引用的概念。然而，在c++中，如果不能清楚地了解指針的意圖，會讓情況變得很糟。無論何時，使用指針的好處是：可以用一個特别的值—— 0（也稱為null），差別合法指針和非法指針。引用無此特點，無法差別合法引用和非法引用。實際上，正确使用引用時，絕不會出現對不存在對象的引用。

這種情況有些含糊不清，而且有潛在的不安全隐患。如果被調函數僅對argp所指向的對象寫入，那麼，它隻是一個輸出形參，argp的名稱前應綴有out。甚至，如果此函數也能遵循不同的命名約定會更好（例如，函數名字首copy）。主調函數必須把可修改對象的位址傳遞給f()。傳遞null指針非常容易（有意或無意地）。這意味着，被調函數不能假定argp所指向對象存在。指針argp本身按值傳遞，這表明f()既不能建立新對象也不能儲存argp中的位址，這樣，主調函數才能檢索到該位址。如果确實希望讓f()改變argp所持的位址，應傳遞對argp指針的引用1。argp也可以被當做輸入輸出形參，在這種情況下，被調函數能讀取argp所指向的對象，還能為其填入傳回值。如果傳入的是一個空指針就不能這樣做。

如果确實想使用這種模式，最好是讓argp帶預設值0，如果将接口改變為：

<code>void x::f(t* argp = 0)</code>

就相當于明确地告知客戶，即使将零指針（zero point）傳遞給這個函數，也不會引起任何無法預料的行為。

1該聲明應該是f(<code>t* &amp; argp</code>)。如果你對此感興趣，确定自己能了解這樣的文法和如此複雜聲明的含義。

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