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C++中的函數(shù)返回值問(wèn)題

更新時(shí)間：2022年09月28日 10:03:35 作者：趕路人兒

這篇文章主要介紹了C++中的函數(shù)返回值問(wèn)題，具有很好的參考價(jià)值，希望對(duì)大家有所幫助。如有錯(cuò)誤或未考慮完全的地方，望不吝賜教

返回值：返回任意類型的數(shù)據(jù)類型，會(huì)將返回?cái)?shù)據(jù)做一個(gè)拷貝（副本）賦值給變量；由于需要拷貝，所以對(duì)于復(fù)雜對(duì)象這種方式效率比較低（調(diào)用對(duì)象的拷貝構(gòu)造函數(shù)、析構(gòu)函數(shù)）；例如：int test(){}或者 Point test(){}
返回指針：返回一個(gè)指針，也叫指針類型的函數(shù)，在返回時(shí)只拷貝地址，對(duì)于對(duì)象不會(huì)調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)；例如：int *test(){} 或者 Point *test(){}
返回引用：返回一個(gè)引用，也叫引用類型的函數(shù)，在返回時(shí)只拷貝地址，對(duì)于對(duì)象不會(huì)調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)；例如：int &test(){}或者 Point &test(){}

一般來(lái)說(shuō)，在函數(shù)內(nèi)對(duì)于存在棧上的局部變量的作用域只在函數(shù)內(nèi)部，在函數(shù)返回后，局部變量的內(nèi)存會(huì)自動(dòng)釋放。因此，如果函數(shù)返回的是局部變量的值，不涉及地址，程序不會(huì)出錯(cuò)；但是如果返回的是局部變量的地址（指針）的話，就會(huì)造成野指針，程序運(yùn)行會(huì)出錯(cuò)。因?yàn)楹瘮?shù)只是把指針復(fù)制后返回了，但是指針指向的內(nèi)容已經(jīng)被釋放，這樣指針指向的內(nèi)容就是不可預(yù)料，調(diào)用就會(huì)出錯(cuò)。

1、返回值

int test1() {
? int a = 1;
? return a;
}

返回值是最簡(jiǎn)單有效的方式，他的操作主要在棧上，根據(jù)函數(shù)棧的特性局部變量a會(huì)在函數(shù)結(jié)束時(shí)被刪除，為了返回a的值，需要產(chǎn)生a的復(fù)制。

如果a原子類型這當(dāng)然也無(wú)所謂，但是如果a是大的對(duì)像，那么對(duì)a的復(fù)制將會(huì)產(chǎn)生比較嚴(yán)重的資源和性能消耗。

注：函數(shù)返回值本身因?yàn)闆](méi)有名稱或引用，所以是右值，是不能直接操作的。

2、指針類型的函數(shù)——返回指針

若函數(shù)的返回值是指針，該函數(shù)就是指針類型的函數(shù)。（即函數(shù)return一個(gè)指針，該指針可以是任何類型的）

1）指針類型的函數(shù)定義：

<類型> *函數(shù)名(參數(shù))

int *test1() {
? int *b = new int();
? *b = 3;
? return b;
}

根據(jù)函數(shù)棧的特性也會(huì)產(chǎn)生復(fù)制，但是這個(gè)復(fù)制只是4（或8）字節(jié)，對(duì)于返回大型對(duì)像或數(shù)組來(lái)說(shuō)可減少資源。但是返回指針資源的清理工作交給了調(diào)用者，這某種意義上違反了誰(shuí)申請(qǐng)誰(shuí)銷毀的原則。

注：函數(shù)返回指針也是右值，同樣無(wú)法操作。

2）說(shuō)明：

不要將非靜態(tài)局部地址用作函數(shù)返回值：因?yàn)榫植康刂吩陔x開函數(shù)后就失效了。
可以在函數(shù)中用動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配（new）的地址返回，但需要注意內(nèi)存分配和釋放不在同一級(jí)別，不要忘記釋放，否則內(nèi)存泄露；
可以在主調(diào)函數(shù)中定義數(shù)組，函數(shù)中對(duì)該數(shù)組進(jìn)行操作，然后返回其中一個(gè)元素的地址；

3、返回引用

1）引用類型函數(shù)的定義：

<類型> &函數(shù)名(參數(shù))

int &test3() {
? int *c = new int();
? *c = 5;
? return *c;
}

引用是C++中新添加的概念，所以返回引用也是C++中相對(duì)于C來(lái)說(shuō)所沒(méi)有的。引用是值的別名，和指針一樣不存在對(duì)大對(duì)像本身的復(fù)制，只是引用別名的復(fù)制。引用是左值，返回引用可以直接操作，也就可以進(jìn)行連續(xù)賦值，最經(jīng)典的示例是拷貝構(gòu)造函數(shù)和運(yùn)算符重載一般返回引用。

test3() +=3;

2）說(shuō)明：

和返回指針一樣，不要將非靜態(tài)局部變量的引用用作函數(shù)返回值：因?yàn)榫植康刂吩陔x開函數(shù)后就失效了。
和返回指針一樣，用動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配（new）的局部指針可以作為引用返回，但是和返回指針一樣需要調(diào)用者自己去清理內(nèi)存，否則內(nèi)存泄露；

總結(jié)：

在C時(shí)代函數(shù)只能返回值、指針兩種，這兩種返回的都是右值；前者對(duì)于返回對(duì)象時(shí)要進(jìn)行拷貝，效率比較低（會(huì)執(zhí)行對(duì)象的拷貝構(gòu)造函數(shù)、析構(gòu)函數(shù)），后者不會(huì)發(fā)生；

C++時(shí)代除了上面兩種外，多了返回引用，這種返回時(shí)一種左值，特性和返回指針一樣；

4、綜合示例

1）返回棧內(nèi)局部變量：

#include <iostream>
using namespace std;
int fun1() {
? ? int i = 1;
? ? cout<<"fun1 i address"<<&i<<endl;
? ? return i;//ok,返回值是i值得拷貝
}
int *fun2() {//指針類型的函數(shù)
? ? int i = 2;
? ? int *ip = &i;
? ? cout<<"fun2 i address"<<ip<<endl;
? ? return ip; // Wrong!返回值是ip指針的拷貝,但該地址在函數(shù)結(jié)束后會(huì)釋放變得無(wú)效
}
int main() {
? ? int r1 = fun1();
? ? cout<<"main fun1 return i address"<<&r1<<endl;
? ? cout << r1 << endl; // 1
?
? ? int *r2 = fun2();
? ? cout<<"main fun2 return i address"<<r2<<endl;
? ? //這里有可能出錯(cuò):具體看對(duì)應(yīng)的內(nèi)存是否被覆蓋,但總之該內(nèi)存已無(wú)效
? ? cout << *r2 << endl;//0
?
? ? return 0;
}

輸出：

fun1 i address0x7ffc49e9b69c
main fun1 return i address0x7ffc49e9b6b4
1
fun2 i address0x7ffc49e9b694
main fun2 return i address0x7ffc49e9b694
0

我們?cè)诳匆粋€(gè)對(duì)象的例子：

#include <iostream>
?
using namespace std;
?
class Point {
? public:
? ? Point(int a,int b):x(a),y(b){}
? ? int getX();
? ? void setX(int x);
? private:
? ? int x,y;
};
?
int Point::getX(){
? return x;
}
void Point::setX(int a) {
? x = a;
}
Point func(int x) {
? Point p(x,100);
? cout<<"func1 p address:"<<&p<<endl;
? return p;//ok,發(fā)生一次Point拷貝
}
Point *func2(int x) {//指針函數(shù)
? Point p(x,200);
? cout<<"func2 p address:"<<&p<<endl;
? return &p;//wrong,返回值是p地址的拷貝,但該地址在函數(shù)結(jié)束后會(huì)被釋放變得無(wú)效
}
main() {
? Point p = func(1);
? cout<<"main return p address:"<<&p<<endl;
? cout<<"main return p x:"<<p.getX()<<endl;
?
? Point *p2 = func2(2);
? cout<<"main return p address:"<<p2<<endl;
? cout<<"main return p x:"<<p2->getX()<<endl;
}

編譯的時(shí)候會(huì)有一個(gè)警告：

test88.cpp: In function ‘Point* func2(int)’:
test88.cpp:26:9: warning: address of local variable ‘p’ returned [-Wreturn-local-addr]
Point p(x,200);
^

輸出：

func1 p address:0x7fff0f005270
main return p address:0x7fff0f005290
main return p x:1
func2 p address:0x7fff0f005270
main return p address:0x7fff0f005270
main return p x:6299776

結(jié)論：對(duì)于棧內(nèi)局部變量，采用一般的返回值，實(shí)際上是對(duì)返回值的一次值拷貝，在內(nèi)存里會(huì)有兩個(gè)示例；對(duì)于指針類型函數(shù)的返回值，實(shí)際上是對(duì)地址的一次拷貝，內(nèi)存只有一個(gè)示例，但該地址是一個(gè)非法的地址，在使用時(shí)會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。

2）返回字符串：

通過(guò) char* s = “Hello”; 的方式得到的是一個(gè)字符串常量 Hello，存放在只讀數(shù)據(jù)段（.rodata section），把該字符串常量的只讀數(shù)據(jù)段的首地址賦值給了指針 s，所以函數(shù)返回時(shí)，該字符串常量所在的內(nèi)存不會(huì)被回收，所以能正確地通過(guò)指針訪問(wèn)。

#include <iostream>
using namespace std;
?
char *fun1() {
? char *s="hello";
? return s;//ok
}
?
int main() {
? char *c1 = fun1();
? cout<<c1<<endl;
? //常量，無(wú)法在修改?
??
? return 0;
}

3）靜態(tài)變量：

可以把局部變量聲明為static靜態(tài)變量。這樣變量存儲(chǔ)在靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)，程序運(yùn)行過(guò)程中一直存在。

int *fun3(){
? static int i = 5;
? cout<<"fun3 i address:"<<&i<<endl;
? return &i;
}
int main() {
?
? int *r1 = fun3();
? cout<<"main return i address:"<<r1<<endl;
? cout<<*r1<<endl;
}

輸出：

fun3 i address:0x602078
main return i address:0x602078
5

4）數(shù)組：

數(shù)組是不能作為函數(shù)的返回值的。因?yàn)榫幾g器會(huì)把數(shù)組名認(rèn)為是局部變量（數(shù)組）的地址。返回一個(gè)數(shù)組，實(shí)際上是返回指向這個(gè)數(shù)組首地址的指針。函數(shù)結(jié)束后，數(shù)組作為局部變量被釋放，這個(gè)指針則變成了野指針。但是聲明數(shù)組是靜態(tài)的，然后返回是可以的。

int *fun4() {
? static int a[2]={4,5};
? cout<<"fun4 a[] address:"<<&a<<endl;
? return a;
}
int main() {
? int *r2 = fun4();
? cout<<"main return a[] address:"<<r2<<endl;
? cout<<*r2<<endl;
}

輸出：

fun4 a[] address:0x60207c
main return a[] address:0x60207c
4

5）堆內(nèi)變量：

函數(shù)返回指向存儲(chǔ)在堆上的變量的指針是可以的。但是，程序員要自己負(fù)責(zé)在函數(shù)外釋放（free/delete）分配。

int *fun5() {
? int *j = new int;
? *j = 99;
? cout<<"fun5 j address:"<<j<<endl;
? return j;
}
int main() {
?
? int *r3 = fun5();
? cout<<"main return j address:"<<r3<<endl;
? cout<<*r3<<endl;
? *r3 = 100;
? cout<<*r3<<endl;
? delete r3;
}

輸出：