点蓝色字关注“CurryCoder的程序人生”

微信公众号：CurryCoder的程序人生
欢迎关注我，一起学习，一起进步!

---

1.问题的引入

假如你正在给一个应用写一个矩形类，这个矩形由左上角和右下角的顶点坐标表示。为了表示这两个点，我们写一个表示点的类：

class Point{
public:
    Point(int x, int y);
    void setX(int newVal);
    void setY(int newVal);
    // ....
};

为了让矩形对象的体积小一点，我们将这两个顶点装在另一个结构体中，并用指针指向它:

struct RectData{
    Point ulhc;  // 左上角
    Point lrhc;  // 右下角
};

class Rectangle{
    // ...
private:
    std::shared_ptr pData;  
};

由于用户想要得到点的坐标，所以需要让矩形类要提供返回这两个点的函数。因为矩形类是我们自定义的类，根据之前的文章C++中多用引用传递方式替换值传递方式中提到的对于自定义的类，传递引用方式比传值方式更高效，所以我们让这两个函数返回引用:

class Rectangle{
public:
    // ...
    Point& upperLeft() const {
        return pData->ulhc;
    }

    Point& lowerRight() const {
        return pData->lrhc;
    }
private:
    std::shared_ptr pData;  
};

上面的代码虽然可以通过编译，但却是自我矛盾的！首先，函数upperLeft()和函数lowerRight()被声明为const成员函数。因为它们的目的是为了只返回一个对象而别的什么都不做，但两个函数却都返回了指向私有成员的引用，因此调用者就能通过这个引用来改变对象。

Point coord1(0, 0);
Point coord2(100, 100);
const Rectangle rec(coord1, coord2);  // 我们希望它是常对象rec
rec.upperLeft().setX(50);  // upperLeft()的调用者rec能够使用被返回的指向rec内部的Point成员变量的引用来更改成员
// 但是，rec实际上是不可变的，因为它是常对象

2.得到的结论从上面的代码段中，我们可以得到下面两个教训：(1).数据成员的最好封装性取决于最能破坏封装的函数。虽然ulhc和lrhc两个点都声明为private，但由于存在两个返回引用的函数的存在，它们其实相当于是public。因为public函数upperLeft()和lowerLeft()传出了它们的引用。(2).如果一个函数返回了指向储存在对象外部的数据成员的引用，即使这个函数声明为了const，这个函数的调用者也能修改这个成员。原因见之前的文章尽可能使用const修饰符中的bitwise constness的局限性。除了引用，返回指针和迭代器也是相同的结果，也是由于相同的原因导致。引用、指针、迭代器都是本文标题中所说的"句柄"(handle)，即接触对象的某种方式。直接返回句柄总会带来破坏封装的风险，这也导致声明为const的函数并不是真正的const。注意："内部成员"除了内部数据还包括内部函数，即声明为私有(private)或保护(protected)的函数。因此，对于内部函数也是一样，也不要返回它们的句柄，否则用户也可以通过返回的函数指针来调用它们，这样私有的成员函数也相当于变成了公有。

3.问题的解决方法

回到上面出现自我矛盾的代码段，如果要解决返回引用会导致数据成员被改变的问题，只需要给函数的返回类型加上一个const。如下面的代码段所示：

class Rectangle{
public:
    // ...

    // 现在返回的是const Point&  
    const Point& upperLeft(){
        return pData->ulhc;
    }

    const Point& lowerRight(){
        return pData->lrhc;
    }
private:
    std::shared_ptr pData;  
};

这样用户就只能对其进行读操作而不能进行写操作了，给函数声明的const也就不会骗人了。至于封装性问题，让用户知道这个矩形的位置是完全合情合理的，所以我们给封装提供了有限的放宽，让用户可以读到私有数据，但坚决不能让用户执行写操作。然而即使这样，返回的句柄仍然会导致一个问题："野句柄"(dangling handle)，即这个句柄指向的对象不存在。最常见的场景是函数返回值，假如我们正在给某个GUI对象写一个返回它边界框的函数，返回类型是Rectangle。如下面的代码段所示：

class GUIObject{
    // ...
};

const Rectangle boundingBox(const GUIObject& obj);

现在，客户可能会像下面那样使用这个函数：

GUIObject* pgo;
// ...
const Point* pUpperLeft = &(boundingBox(*pgo).upperLeft());

现在有意思的事发生了，取址运算符括号里面的函数boundingBox()会返回一个新的临时Rectangle对象称为temp。有了这个临时对象之后，我们就可以获得指向它左上角的Point对象，然后pUpperLeft自然就获得了这个Point对象的地址。但是，temp毕竟是临时对象。在这行代码执行完后，temp会被销毁，它所包含的Point对象也会被销毁。最后，pUpperLeft存储了一个指向不存在的对象的指针。因此，这也解释了为什么返回指向内部成员"句柄"的函数是危险的，不管你的"句柄"是指针、引用还是迭代器；不管你的函数返回值是不是const、你的函数是不是const。但是，这不代表要杜绝这种做法，有时候不得不这样做。例如索引[]操作符，用来获取容器(比如std::vector)中的某个对象，它返回的是指向容器中的数据的引用，来让你完成写操作。记住，在我们自己设计的程序中还是尽量避免不要这么做。

4.总结

(1) 避免返回指向内部成员的"句柄"(包括指针，引用，迭代器)。不返回"句柄"能增强封装性，让const函数成为真正的const，也能减少"野句柄"。

觉得好看，请点这里↓↓↓