面试题：C++常引用返回值在复杂模板场景下的应用

Question

编写一个C++模板函数，该函数接受两个不同类型的容器（假设为std::vector和std::list）作为参数，对容器中的元素进行特定操作（例如元素相加，假设容器元素类型支持加法操作），然后返回一个包含操作结果的新容器对象的常引用。要求考虑模板类型推导、类型兼容性以及常引用返回值在模板实例化过程中的各种潜在问题，如引用折叠、生命周期延长等，并详细解释代码实现思路。

Answer 1

#include <iostream>
#include <vector>
#include <list>
#include <type_traits>

// 模板函数声明
template<typename Container1, typename Container2>
const auto addContainers(const Container1& c1, const Container2& c2) ->
    typename std::enable_if<
        std::is_same<typename Container1::value_type, typename Container2::value_type>::value,
        std::vector<typename Container1::value_type>
    >::type;

// 模板函数实现
template<typename Container1, typename Container2>
const auto addContainers(const Container1& c1, const Container2& c2) ->
    typename std::enable_if<
        std::is_same<typename Container1::value_type, typename Container2::value_type>::value,
        std::vector<typename Container1::value_type>
    >::type {
    using value_type = typename Container1::value_type;
    std::vector<value_type> result;
    auto it1 = c1.begin();
    auto it2 = c2.begin();
    while (it1 != c1.end() && it2 != c2.end()) {
        result.push_back(*it1 + *it2);
        ++it1;
        ++it2;
    }
    return result;
}

代码实现思路

1. 模板参数：Container1 和 Container2 分别表示两个不同类型的容器。
2. 类型兼容性检查：使用 std::is_same 来检查两个容器的元素类型是否相同，通过 std::enable_if 来确保只有当元素类型相同时函数才会实例化。这样可以避免在元素类型不兼容时进行非法的加法操作。
3. 返回类型推导：使用 auto 和 decltype 结合 std::enable_if 来推导返回类型。这里返回类型是 std::vector<typename Container1::value_type>，即一个与输入容器元素类型相同的 std::vector。
4. 操作过程：遍历两个容器，将对应位置的元素相加，并将结果存入新的 std::vector 中。
5. 常引用返回值：返回的是一个新创建的 std::vector 对象，由于函数返回的是一个局部对象的副本，这里不存在引用折叠和生命周期延长的问题，因为返回的不是引用而是对象本身。如果要返回引用，那么必须保证返回的引用所指向的对象在函数结束后仍然存在，比如返回传入的容器的引用，但这不符合本题创建新容器的要求。

在实际调用中：

int main() {
    std::vector<int> v = {1, 2, 3};
    std::list<int> l = {4, 5, 6};
    const auto& result = addContainers(v, l);
    for (auto num : result) {
        std::cout << num << " ";
    }
    return 0;
}

上述代码中，addContainers 函数接受两个不同类型的容器，检查元素类型兼容性后，将对应元素相加并返回新的 std::vector。在 main 函数中演示了该函数的调用。