何时不适合使用引用传参？

Question

我从未完全理解过这个内存分配问题。

在上面的代码中，我在堆上创建了一个MonkeyFish对象，为它分配了名称，然后将其释放到世界上。假设已经将分配的内存所有权转移给了MonkeyFish对象本身，只有MonkeyFish自己决定何时死亡并删除自己。

现在，在MonkeyFish类中定义"name"数据成员时，我可以选择以下之一：

std :: string name;

std :: string＆name;

当我在MonkeyFish类中定义setName（）函数的原型时，我可以选择以下之一：

void setName（const std :: string＆parameter_name）;

void setName（const std :: string parameter_name）;

我想最小化字符串副本。实际上，如果可以的话，我想完全消除它们。因此，看起来我应该通过引用传递参数...对吗？

让我困扰的是，似乎我的localname变量将在unleashMonkeyFish（）函数完成后超出范围。那是否意味着我被迫进行复制？还是我可以通过引用传递并“逃脱”？

基本上，我想避免以下情况：

我不想设置MonkeyFish的名称，仅在unleashMonkeyFish（）函数终止时使localname字符串的内存消失。（这似乎会非常糟糕。）

如果可以的话，我不想复制字符串。

我宁愿不new localname 我应该使用哪个原型和数据成员组合？

澄清：几个答案建议使用静态关键字，以确保在unleashMonkeyFish（）结束时不自动释放内存。由于这个应用程序的最终目标是释放N个MonkeyFish（每个都必须具有唯一的名称），因此这不是可行的选项。（而且，毛猴鱼 - 作为多变的生物 - 经常更改它们的名字，有时甚至在同一天内多次更改。）

编辑：Greg Hewgil指出，存储名称变量的引用是非法的，因为它没有在构造函数中设置。我将错误保留在问题中，因为我认为我的错误（以及Greg的更正）可能对第一次遇到此问题的人有用。

- Michael Jeung

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你进行了分析并确定这是一个问题吗？ - CTT

@CTT - 没有。然而，如果可以避免，复制字符串似乎是低效的。总的来说，我想尽可能地避免复制。 - Runcible

"monkey_fish" 在堆上，而不是栈上。 - Ed S.

如果您想要在函数退出时释放localname分配的内存，那么根据定义，您需要使用setName将该数据复制到一些生命周期更长的对象中。 - Crashworks

Answer 1

一种方法是将字符串放在

标签中

。

std::string name;

作为您对象的数据成员。然后，在unleashMonkeyFish函数中创建一个像您所做的那样的字符串，并像您展示的那样通过引用传递它。

void setName( const std::string & parameter_name ) {
    name = parameter_name;
}

它将会做你想要的——创建一个副本将字符串复制到你的数据成员中。这不像是必须在分配另一个字符串时重新分配新缓冲区。可能，只需复制一些字节即可分配新字符串。std::string 有保留字节数的能力。因此，你可以在构造函数中调用 "name.reserve(25);"，如果你分配的内容较小，它可能不会重新分配。（我已经进行了测试，看起来 GCC 总是在从另一个 std::string 分配时重新分配，但在从 c-string 分配时不会。他们说 它们有一个写时复制字符串，这可以解释那种行为）。

在unleashMonkeyFish函数中创建的字符串将自动释放其分配的资源。这些对象的关键特征是它们管理自己的内容。类有一个析构函数，用于在对象死亡时释放已分配的资源，std::string也有。在我看来，你不应该担心在函数中使用那个std::string本地变量。它不太可能对你的性能产生明显影响。一些std::string实现（例如msvc++）具有小缓冲区优化：对于一些小限制，它们将字符保留在嵌入式缓冲区中，而不是从堆中分配。编辑：事实证明，对于具有高效swap实现（常数时间）的类，有更好的方法来做到这一点：

void setName(std::string parameter_name) {
    name.swap(parameter_name);
}

这样做更好的原因是，现在调用者知道参数正在被复制。编译器现在可以轻松应用返回值优化和类似的优化。例如，考虑以下情况

obj.setName("Mr. " + things.getName());

如果你使用setName时采用引用，那么在参数中创建的临时对象会绑定到该引用上，在setName内部将被复制，然后在返回后临时对象将被销毁，这本来就是一个一次性的产品。这只是次优的，因为可以直接使用临时对象，而不是它的副本。将参数设置为非引用类型将使调用者看到参数仍然被复制，并使优化器的工作更加容易，因为它不必内联调用以查看参数是否被复制。

有关详细解释，请阅读优秀文章BoostCon09/Rvalue-References。

- litb

Answer 2

如果您使用以下方法声明：

void setName( const std::string & parameter_name );

那么您还需要使用成员声明：

（Note: 保留了HTML标签）

std::string name;

还有在setName函数中的赋值：

name = parameter_name;

你不能将name成员声明为引用类型，因为你必须在对象构造函数中初始化引用成员（这意味着你不能在setName中设置它）。

最后，你的std::string实现可能已经使用了引用计数字符串，所以在赋值时并不会复制实际的字符串数据。如果你非常关注性能，那么你最好对你正在使用的STL实现非常熟悉。

- Greg Hewgill

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是的，关于引用的问题很好。那是我的错误。它必须仅在构造函数中设置。 - Runcible

Answer 3

只是想澄清一下术语，你使用 new 从堆中创建了 MonkeyFish 对象，并将 localname 存储在栈中。

存储对象的引用是完全合法的，但显然你必须意识到该对象的范围。最好通过引用传递字符串，然后将其复制到类成员变量中。除非字符串非常大，或者你需要频繁执行此操作（我是说很多很多次），否则不需要担心。

你能解释一下为什么不想复制字符串吗？

编辑

另一种方法是创建一个 MonkeyName 对象池。每个 MonkeyName 存储一个指向字符串的指针。然后通过从池中请求一个 MonkeyName 来获取新的 MonkeyName（设置内部字符串 * 的名称）。现在通过引用将其传递到类中并执行直接指针交换。当然，传入的 MonkayName 对象会改变，但如果它直接回到池中，那就没有影响。唯一的开销是从池中获取 MonkeyName 时实际设置名称。...希望这有些意义 :)

- Gian Paolo

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至于为什么我不想复制这个字符串——就像你所说的那样：我会经常经常这样做。世界上没有足够的MonkeyFish。 - Runcible

Answer 4

在您的示例代码中，是的，您被迫至少复制一次字符串。最干净的解决方案是像这样定义您的对象：

class MonkeyFish {
public:
  void setName( const std::string & parameter_name ) { name = parameter_name; }

private:
  std::string name;
};

这将传递对本地字符串的引用，该字符串被复制到对象内部的永久字符串中。任何涉及零复制的解决方案都非常脆弱，因为您必须小心传递的字符串在对象被删除后仍然存在。除非绝对必要，并且字符串副本并不是那么昂贵，否则最好不要去那里。只有在必须时才考虑这个问题。:-)

- Frederik Slijkerman

Answer 5

当编译器看到...

std::string localname = "Wanda";  

除非进行优化处理，否则它将发出0x57 0x61 0x6E 0x64 0x61 0x00 [带有空终止符的Wanda]并将其存储在代码的静态部分中的某个位置。然后它将调用std::string(const char *)并将该地址传递给它。由于构造函数的作者无法知道提供的const char *的生命周期，因此必须进行复制。在MonkeyFish::setName(const std::string&)中，编译器将看到std::string::operator=(const std::string&)，如果您的std::string是使用写时复制语义实现的，则编译器将发出代码以增加引用计数但不进行复制。

因此，您将支付一次复制费用。你需要吗？您是否知道在编译时MonkeyFish的名称是什么？ MonkeyFish是否会更改其名称为未在编译时知道的名称？如果所有可能的MonkeyFish名称都在编译时已知，则可以通过使用字符串字面值的静态表并将MonkeyFish的数据成员实现为const char *来避免所有复制。

- tlholaday

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感谢您的反馈，tlholaday。我已经添加了一些澄清的注释——但是具体回答您的问题：我不知道会有多少个MonkeyFish，并且我不知道它们的名称在编译时确定。 - Runcible

Answer 6

这正是引用计数旨在解决的问题。您可以使用Boost shared_ptr<>以一种引用字符串对象的方式，使其至少与指向它的每个指针一样长寿。

个人而言，我从不相信这种方法，更喜欢明确地说明所有对象的分配和生命周期。litb的解决方案更可取。

- Crashworks

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litb的解决方案会导致复制，使用shared_ptr可以避免复制，这样说是否公平？ - Runcible

shared_ptr强制你在unleashMonkeyFish()内使用“new”方法创建localname，因为如果你想让它超出函数作用域而存在于堆上而不是栈上的话，那你必须这样做。实际上，它们可能会编译成相同数量的副本，因为new std::string()构造函数也必须进行复制! - Crashworks

shared_ptr 需要 new 字符串。我认为这比仅复制 5 个字符字节更糟糕，因为需要从堆中分配一个 4 字节的东西（然后删除您的数据成员 shared_ptr 指向的旧字符串） :) - Johannes Schaub - litb

如果您直接将std::string作为数据成员，则它可以预分配缓冲区，如果您重新设置其值，则不必总是重新分配。因此，我不确定shared_ptr解决方案是否对他有益（我认为这会减慢速度）。但是无论如何，这是一个很好的观点。 - Johannes Schaub - litb

谢谢你们两位的评论。非常有帮助！ - Runcible

Answer 7

作为一个简单的经验法则，将数据作为类的副本存储，并通过（常量）引用传递和返回数据，在可能的情况下使用引用计数指针。

我并不太担心复制几千字节的字符串数据，直到分析器表明这是一个显著的成本。另一方面，我关心包含几十兆字节数据的数据结构不会被复制。

- lilburne

Answer 8

你可以将unleashMonkeyFish中的字符串设置为静态，但我认为这并没有什么帮助（而且根据实现方式可能会很糟糕）。

我从高级语言（如C＃、Java）“降级”后最近遇到了同样的问题。我想通常唯一的选择就是复制该字符串。

- Andrew Flanagan

Answer 9

如果您使用临时变量来分配名称（如您的示例代码中所示），则最终必须将字符串复制到MonkeyFish对象中，以避免临时字符串对象在作用域结束时出现问题。

正如Andrew Flanagan所提到的，您可以通过使用本地静态变量或常量来避免字符串复制。

假设这不是一个选项，您至少可以将字符串副本数量最小化为一次。将字符串作为引用指针传递给setName()，然后在setName()函数内部执行复制。这样，您可以确保仅执行一次复制。

- eJames