返回常量引用 vs 临时对象

Question

我想知道为什么返回局部对象的const reference是非法的，而只要将其分配给const reference返回局部对象就是合法的？

vector<int> f_legal() {
    vector<int> tempVec;
    tempVec.push_back(1);
    return tempVec;
}

const vector<int>& f_illegal() {
    vector<int> tempVec;
    tempVec.push_back(1);
    return tempVec;
}

void g() {
    const vector<int>& v1 = f_legal(); // legal
    const vector<int>& v2 = f_illegal(); // illegal
}

编辑： 我的观点是，如果将const引用分配给返回的本地变量是合法的，那么将const引用分配给返回的本地变量的const引用也应该是合法的，对吧？

- Monster Hunter

---

是的，在C++中，局部const引用定义清晰，它会延长与其绑定的临时变量的生命周期。 - Mark B

是的，它是合法的。标准中有一个特殊情况，只要在当前作用域中存在对该局部对象的常量引用，它就会保持存活状态。 - Mark Ransom

Answer 1

返回对局部变量的引用是非法的（未定义行为）。没有 const 或 mutable 子句。

这是因为局部函数变量具有自动存储期。它们在函数退出后被“销毁”。如果函数返回对这样一个变量的引用，则该引用被称为悬空引用：它指向一个不再存在的对象。

第一个是合法的，因为有一个特殊的 C++ 规则：将对 prvalue 的引用初始化会扩展该临时对象的生命周期到引用的生命周期。

- bolov

---

这个规则实际上与 const 没有任何关系 -- 任何直接绑定到临时对象的引用都会延长该临时对象的生命周期。在 C++98 中，其他规则规定只有 const 引用可以直接绑定到临时对象，这些规则现在已经改变，这对生命周期延长规则产生了连锁反应。 - Ben Voigt

@BenVoigt 这是我第一次听到这个。你能提供一个参考吗？ - bolov

@BenVoigt 谢谢您，非常有帮助。 - bolov

@Maggyero：这不是直接绑定到临时变量的引用，而是编译错误。但是int&& r = 3;可以编译，并且确实延长了临时变量的生命周期。 - Ben Voigt

@Maggyero：你也可以从类型不匹配或其他限定符不匹配（例如尝试删除const_cast而没有删除volatile）中获得引用绑定编译错误。如果我说一个引用是直接绑定的，那么自然地，我只谈论可能的情况。 - Ben Voigt

Answer 2

即使将其分配给const引用，返回值仍然声明为按值传递，这意味着它将被复制^[1]到外部作为临时对象，然后绑定到const引用。将临时对象绑定到const引用是可以的，该对象在超出const引用的生命周期之前不会被销毁。

另一方面，返回局部变量的引用是非法的。当函数返回时，局部变量将被销毁，这意味着外部引用将悬空。 编辑

我的观点是，如果将const ref分配给返回的局部变量是合法的，那么将const ref分配给返回的局部变量的const ref也应该是合法的，对吗？

关键在于第一种情况不是将const ref分配给返回的局部变量，而是将const ref分配给返回的临时变量。（可能是从局部变量复制过来的。）

---

^{[1]根据RVO技术，副本可能会被省略。}

- songyuanyao

---

你确定这总是成立的吗？即使考虑到RVO/NRVO？ - James Adkison

@JamesAdkison：将会有一个临时对象，引用将绑定到该临时对象。如果结果可以直接构造在临时对象中，则可能省略复制。 - Ben Voigt

据我所知，RVO 作为一种优化方式不会改变任何规则。这个“规则”是：返回值按值传递（即复制）。 - 463035818_is_not_a_number

这不就是问题所在吗？ - juanchopanza

@JamesAdkison，实际上我现在认为我写的是无意义的。难道不是这种情况吗，RVO是一种例外，其中优化可能会改变程序流程（即复制的任何副作用）？ - 463035818_is_not_a_number

Answer 3

很可能是因为这会完全破坏基于堆栈的调用约定，而这种约定已经为我们服务了几十年...几乎每个CPU都假定这种约定。

- Edward Strange