Effective C++ 28:不要返回对象内部的句柄
Item 28: Avoid returning "handles" to object internals.
不要返回对象私有成员的句柄。这里的“句柄”(handle)包括引用、指针和迭代器。
这样可以增加类的封装性、使得const
函数更加const
,
也避免了空引用的创建(dangling handles)。
为了方便起见,下文中统一用指针来称呼这三类句柄。
返回私有成员的指针
在继续Scott Meyers的讨论之前,先来回顾一下类成员指针的行为。 首先如果不加限制,直接返回私有成员的指针会导致私有成员被完全暴露。例如:
class Rectangle {
int _left, _top;
public:
int& left() { return _left; }
};
Rectangle rec;
rec.left() = 3; // rec._left被修改
其实这已经足以说明返回私有成员指针相当于完全暴露了私有成员。
暴露私有成员为常量
如果是为了保护私有成员不被修改,只是为了让外界可以不通过函数就可以访问_left
,
可以将left()
声明为const
:
int& left() const{ return _left; }
上述代码还有问题~ 编译器会产生如下错误:
error: binding of reference to type 'int' to a value of type 'const int'
drops qualifiers
这是因为常量方法不能修改当前对象,其返回值也应该是const
的。应该这样写:
const int& left() const{ return _left; }
由于返回值声明了const
,客户修改内部变量便会编译错了。我们成功地在开放了内部变量的同时防止了内部变量被修改。但是问题没有到此为止!还记得吗?C++的常量定义为"bitwise constness",只要当前对象没被修改就算常量。所以如果我们将left
和top
存在类的外面,常量方法的返回值类型检查便会失效,比如把数据存在Point
里面:
class Point{
public:
int left, right;
};
class Rectangle {
Point* p;
public:
int& left() const { return p->left; }
};
...
const Rectangle rec;
rec.left() = 3; // rec明明是const对象,但我们可以修改它~
现在Rectangle
的大小是sizeof(void*)
(指针大小),
即p->left
并不在这个对象的内存里,
因而常量方法的返回值可以不声明const
。
这时客户便可以通过这个返回的left
来修改对象私有成员了。
所以返回对象内部的指针,会导致常量方法的const
属性被破坏。
根本原因在于C++的"bitwise constness"语法检查风格。
注意如果
p
被声明为Point
而非Point*
时,p->left
仍处于当前类的内存区域内, 编译器会要求left() const
返回值为const int&
。
空悬指针问题
可能你已经注意到了,我们完全可以稍微改善一下上面的代码来实现私有成员的写保护。
既然是由于"bitwise constness"编译器不提供类型检查,
我们手动限制返回值为const
即可:
const int& left() const{ return p->left; }
很多情况下问题确实是这样解决的,比如实现operator[]() const
时。
但下标运算符只是一个特例,一般情况我们是不会返回内部指针的。
因为返回的指针和拥有者对象具有同样的生命周期,
返回的指针很容易被悬空,比如有一个返回Rectangle
的bounding
函数:
const Rectangle bounding();
我们希望获得那个Rectangle
的left
,可能会这样写:
const int& left = bounding().left();
问题在哪里呢?left
被悬空了,它并没有保持left
的值!
因为bounding()
返回的对象没有赋值给任何变量它是一个临时对象。
临时对象在语句执行后立即销毁,那个私有成员的引用也将失效。
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