面试题：C++函数返回常量引用的内存管理与生命周期

假设有如下代码片段： ```cpp const int& func() { int num = 10; return num; } ``` 这段代码存在什么问题？请详细解释原因，并说明如何正确地设计一个返回常量引用的函数，保证内存管理和引用生命周期的正确性。

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难度

编程语言C++

问题分析：
- 这段代码存在严重问题。函数func返回一个对局部变量num的常量引用。局部变量num在函数结束时会被销毁，其占用的内存将被释放。而返回的引用仍然指向这块已经无效的内存，这就导致了悬空引用。后续如果通过这个悬空引用去访问数据，会引发未定义行为。
正确设计返回常量引用的函数示例：
- 返回全局变量的常量引用：

int global_num = 10;
const int& func() {
    return global_num;
}

const int& func() {
    static int num = 10;
    return num;
}

在这两种情况下，global_num和static num的生命周期都长于函数调用，所以返回它们的常量引用是安全的，不会产生悬空引用问题。全局变量在程序启动时分配内存，直到程序结束才释放；静态局部变量在第一次进入函数时初始化，并且在函数调用结束后不会被销毁，其生命周期持续到程序结束。

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