为什么在C++中可以通过引用返回局部变量的函数，但不能返回临时变量的函数？

Question

例如，此函数f定义如下：

int f(int x){return x;}

正如您所知，您无法将引用分配给此临时整数：

int& rf=f(2);// this will give an error

但是如果我像这样重新定义我的函数f：

int& f(int x){return x;}
f(2);// so now f(2) is a reference of x, which has been destroyed 

所以我的问题是：编译器如何不允许你创建一个对语句后将被销毁的临时变量的引用（在第一种情况下），而另一方面，它允许你创建一个对x的引用f(2)，尽管编译器知道这个变量会在return之后被销毁。

- AlexDan

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这是未定义行为（访问引用的方式），任何明智的编译器都会警告你。 - Cat Plus Plus

Answer 1

返回指向本地变量的引用可能很难或不可能被编译器检测到。例如：

int & f()
{
    int x;
    extern int & g(int & x);

    // Does this return a reference to "x"?
    // The compiler has no way to tell.
    return g(x);
}

即使不调用外部函数，分析复杂的程序流以确定返回的引用是否为本地引用仍然很困难；与其试图定义什么算是“足够简单”来进行诊断，标准并不要求进行诊断-它只声明会产生未定义的行为。至少在简单情况下，一个好的编译器应该发出警告。

将临时对象绑定到非常量引用是编译器可以轻松检测到的，因此标准要求对此进行诊断。

- Mike Seymour

Answer 2

因为根据标准规定，从函数返回对临时变量的引用是未定义行为。

实际上出现问题的是函数定义：

int& f(int x)
{
   return x;
}

- Luchian Grigore

Answer 3

你可以将临时rvalue绑定到const引用上，以延长它的生命周期。

const int& rf=f(2); 

- ebutusov

Answer 4

为了拒绝您的第一个代码片段，编译器应用了一个简单的规则，即您不能直接将临时对象绑定到非 const 引用。

为了拒绝第二个代码片段，编译器可以应用一个规则，即返回引用的函数的 return 语句不能是自动变量的名称（包括按值传递的函数参数）。这对我来说似乎是一个相当简单的规则。

我不知道为什么标准没有指定这样做是不合法的。我想不出任何有效的用途，但也许在第一个标准的时候，这会给某些实现带来过多的负担。或者可能认为这只是半个修复，不值得费心（还有很多其他方法可以创建悬空引用，这只是阻止其中之一）。

标准之所以通常不阻止您创建绑定到临时对象的非 const 引用，是因为有时候这样做是可以的。例如：

struct Foo {
    static void set(Foo &f) { f.val = 0; }
    int val;
    int bar() {
        set(*this);
        return val;
    }
};

std::cout << Foo().bar() << "\n";

这里的Foo()是一个临时对象，而set(*this)这一行将其绑定到了一个非const引用（但不是直接绑定，它使用了一个左值表达式*this，有时候指向一个临时对象，有时候则不是）。这里没有问题，临时对象的生命周期超过了引用的生命周期。因此，如果语言要防止任何临时对象被绑定到非const引用，那就会过于限制。

- Steve Jessop

Answer 5

除非你确定返回的引用仍将指向有效的内容，否则通过引用返回不是一个好主意。

否则，会出现未定义的行为。

由于变量是局部的，所以可以确定引用无效。

- Stefan Birladeanu

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由于变量是局部的，您可以确定它是无效的。 - Luchian Grigore

Answer 6

问题在于，从语义上讲，在堆栈上的变量和在堆上的变量等之间没有区别。因此，即使这是未定义的行为，语言也不得不允许这种情况发生。 在第一个示例中，您会收到一个简单的编译错误，因为您正在尝试将引用绑定到临时变量上，而语言可能会禁止这样做。

- cooky451

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是的，我理解了，但为什么第二个例子可以工作？你为什么提到堆，而我没有提到堆呢？ - AlexDan

@AbdessamadBond，你的第二个例子为什么不起作用，这就是答案。我提到堆，因为返回指向堆上变量的引用是可以的（即使这可能是不好的风格）。从语义上讲，在堆和栈上的变量之间没有区别，而在变量和临时值之间有区别。 - cooky451