C：何时返回值或传递引用

Question

虽然这个话题已经被讨论了很多次，但我迄今还没有找到令人满意的答案。何时通过return返回函数中的数据或传递引用来更改地址上的数据？经典答案是在变量变得很大时（为了避免堆栈复制），将变量作为引用传递给函数。对于任何结构或数组等任何东西似乎都是这样。然而，从函数返回指针并不罕见。事实上，一些C库函数就是这样做的。例如：

char *strcat(char *dst, const char *src);

即使在出现错误的情况下，此函数始终返回指向目标的指针。在这种情况下，我们可以只使用传递的变量，不用管返回值（大多数情况下是这样做的）。

当查看结构时，我看到同样的情况发生。当函数仅需要在变量初始化中使用时，我经常返回指针。

char *p = func(int i, const char *s);

还有一个观点认为堆栈拷贝变量是昂贵的，应该使用指针代替。但是正如 这里 提到的那样，有些编译器可以自行决定（假设C语言也一样）。是否存在一般规则或至少有什么不成文的约定来决定使用其中之一？我重视性能胜过设计。

- Yorick de Wid

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听起来更像是一个 http://programmers.stackexchange.com/ 的问题。 - cup

返回指针通常会导致对象的生命周期管理问题，因为90%的情况下，被指向的对象是由函数新构造的。 - user3528438

strcat的例子适用于旧的API。新的替代方式返回错误代码：errno_t strcat_s( char *strDestination, size_t numberOfElements, const char *strSource )。 - i486

@i486 - strcat_s()（以及其他 _s 函数）是否被普遍支持？ - ryyker

据我所知，那是Windows API。glibc目前还没有安全函数。 - Yorick de Wid

@YorickdeWid - 是的，我在我的评论中有点含蓄。我的意思是指出i486的评论似乎偏袒了一种不被普遍接受的C实现。 - ryyker

Answer 1

首先，从逻辑层面决定哪种方法最合理，不考虑性能影响。如果按值返回struct最清楚地传达了代码的意图，那就这么做。

现在不是80年代了。编译器自那时以来已经变得更加智能化，可以非常好地优化代码，特别是写得清晰简单的代码。类似地，参数传递和值返回约定也变得相当复杂。 简单的基于堆栈的模型并不真正反映现代硬件的现实情况。

如果生成的应用程序不符合您的性能要求，则通过分析器运行它以查找瓶颈。如果发现按值返回该struct引起问题，那么您可以尝试将其作为引用传递到函数中进行实验。

除非您正在使用高度受限制的嵌入式环境，否则您无需计算每个字节和CPU周期。您不想过度浪费，但同样，您也不想过于关注低级细节，除非a）您有非常严格的性能要求，并且b）您对您特定平台的细节非常熟悉（这意味着您不仅彻底了解您平台的函数调用约定，还知道编译器如何使用这些约定）。否则，您只是在猜测。让编译器为您做苦工。那是它存在的原因。

- John Bode

Answer 2

经验法则：

1. 如果sizeof(return type)比sizeof(int)大，您应该通过指针传递它以避免复制开销。这是一个性能问题。解引用指针会有一些代价，所以这个规则也有一些例外。
2. 如果返回类型很复杂（包含指针成员），请通过指针传递。将局部返回值复制到堆栈上不会复制动态内存，例如。
3. 如果您想让函数分配内存，则应返回指向新分配的内存的指针。这被称为工厂设计模式。
4. 如果您想从函数返回多个值，请通过值返回其中一个，并通过指针传递其余内容。
5. 如果您有一个既是输入又是输出的复杂/大型数据类型，请通过指针传递。

- liorda

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你们的“经验法则”是从哪里来的？能否提供参考链接？ - chain ro

我的经验、一些常识和良好的行业惯例。 - liorda

我会选择 sizeof(return) < sizeof(int*)。此外，如果返回类型的复制构造函数/赋值运算符等执行非标准操作，即使类大小很小，也值得通过引用进行处理。我见过一些初始化网络连接的复制构造函数。人们在奇怪的地方放置了一些疯狂的东西。 - LawfulEvil

@Pandrei 关于第5点 - 如果这是一个POD，通过指针传递它并没有太多意义。除非符合规定之一，你应该始终将结果作为返回类型获取。 - liorda

@liorda，我知道POD是什么，但在C的上下文中，这个区别完全没有意义。这是C++的术语，而不是C。 - Jens Gustedt