面试题：C++ 常引用在类成员函数中的场景及优化

Question

假设有一个复杂的 C++ 类，其中包含大量数据成员。在类的成员函数中，何时应该使用常引用作为参数，何时应该返回常引用？如果错误使用可能会导致什么问题，如何避免？请结合具体代码示例阐述。

Answer 1

1. 何时使用常引用作为参数：
   • 当函数不需要修改传入的对象，且对象较大时，使用常引用作为参数可以避免对象的拷贝，提高效率。例如：

class BigData {
public:
    BigData() { /* 初始化大量数据 */ }
private:
    int data[10000];
};

class ComplexClass {
public:
    void processData(const BigData& bd) {
        // 在此处处理bd，但不会修改它
        // 例如读取bd中的数据进行计算
    }
};

• 这里processData函数使用const BigData& bd作为参数，既可以高效地传递BigData对象，又能保证函数内部不会修改BigData对象。

2. 何时返回常引用：
   • 当返回的对象是类的内部数据成员，且不希望调用者通过返回值修改该内部数据成员时，返回常引用。例如：

class ComplexClass {
private:
    BigData internalData;
public:
    const BigData& getInternalData() const {
        return internalData;
    }
};

• 这样，外部调用者只能读取getInternalData返回的BigData对象，而不能修改它。

3. 错误使用可能导致的问题：
   • 参数错误使用：如果函数不需要修改对象，但没有使用常引用作为参数，会进行不必要的对象拷贝，降低效率。例如：

class BigData {
public:
    BigData() { /* 初始化大量数据 */ }
private:
    int data[10000];
};

class ComplexClass {
public:
    void processData(BigData bd) {
        // 函数体未修改bd，但这里会进行拷贝
    }
};

• 返回值错误使用：如果返回的常引用是一个局部对象，会导致悬空引用。例如：

const BigData& wrongReturn() {
    BigData localData;
    return localData;
}

• 当wrongReturn函数返回后，localData被销毁，返回的引用指向已释放的内存，使用这个引用会导致未定义行为。

4. 如何避免：
   • 参数方面：仔细分析函数需求，如果函数不需要修改传入对象，一律使用常引用作为参数。
   • 返回值方面：确保返回的常引用指向的对象在函数返回后仍然有效。如果返回内部数据成员，要保证该成员的生命周期至少和调用者对返回值的使用周期一样长。例如上述getInternalData函数返回的是类的成员变量，其生命周期与类对象一致，不会出现悬空引用问题。