【C++】容器对象作为函数参数传递时，如何保证外部容器对象不被修改（以vector为例）

几种传参方式简单对比

  1. 传值
    1.1 参数形式：void fun(vector<int> v);
    1.2 函数调用：fun(v);
    1.3 函数内使用：cout << v[1];
    1.4 是否可以改变函数外对象的值：否
    1.5 是否会调用拷贝构造函数：是
  2. 传指针
    2.1 参数形式：void fun(vector<int>* p);
    2.2 函数调用：fun(&v);
    2.3 函数内使用：cout << (*p)[1];
    2.4 是否可以改变函数外对象的值：是
    2.5 是否会调用拷贝构造函数：否
  3. const+传指针
    3.1 参数形式：void fun(const vector<int>* p);
    3.2 函数调用：fun(&v);
    3.3 函数内使用：cout << (*p)[1];
    3.4 是否可以改变函数外对象的值：否
    3.5 是否会调用拷贝构造函数：否
  4. 传引用
    4.1 参数形式：void fun(vector<int>& v);
    4.2 函数调用：fun(v);
    4.3 函数内使用：cout << v[1];
    4.4 是否可以改变函数外对象的值：是
    4.5 是否会调用拷贝构造函数：否
  5. const+传引用
    5.1 参数形式：void fun(const vector<int>& v);
    5.2 函数调用：fun(v);
    5.3 函数内使用：cout << v[1];
    5.4 是否可以改变函数外对象的值：否
    5.5 是否会调用拷贝构造函数：否

结合代码对比

下面，我们来探讨，各种方式是否会修改到函数外部的v。
如果会，那我就把它定性为一种有风险的行为。如果不会，我就把它定性为一种安全的行为。

一、传值

#include <iostream>
#include<vector>void changeValue(std::vector<int> v) {//修改v里面的值v[0] = 2;std::cout << "修改值之后的第一个元素(函数内): " << v[0] << std::endl;
}
void changeReference(std::vector<int> v) {//修改v的指向std::vector<int> c;c.push_back(3);v = c;std::cout << "修改指向之后的第一个元素(函数内): " << v[0] << std::endl;
}int main()
{std::vector<int> v;v.push_back(1);std::cout << "原本的第一个元素: " << v[0] << std::endl;changeValue(v);std::cout << "修改值后的第一个元素(函数外): " << v[0] << std::endl;v[0] = 1;std::cout << "\n原本的第一个元素: " << v[0] << std::endl;changeReference(v);std::cout << "修改指向之后的第一个元素(函数外): " << v[0] << std::endl;
}

在这里插入图片描述
可见，传值的话，如果在函数内修改了v的值或者指向，函数外的v也不会受到任何影响。因此是一种安全的行为。

二、传指针

#include <iostream>
#include<vector>void changeValue(std::vector<int>* p) {//修改v里面的值(*p)[0] = 2;std::cout << "修改值之后的第一个元素(函数内): " << (*p)[0] << std::endl;
}
void changeReferenced(std::vector<int>* p) {//修改v的指向的指向std::vector<int> c;c.push_back(3);p = &c;std::cout << "修改指向之后的第一个元素(函数内): " << (*p)[0] << std::endl;
}
void changeReferencedReference(std::vector<int>* p) {//修改v的指向std::vector<int> c;c.push_back(3);*p = c;std::cout << "修改指向的对象的指向之后的第一个元素(函数内): " << (*p)[0] << std::endl;
}int main()
{std::vector<int> v;v.push_back(1);std::cout << "原本的第一个元素: " << v[0] << std::endl;changeValue(&v);std::cout << "修改值后的第一个元素(函数外): " << v[0] << std::endl;v[0] = 1;std::cout << "\n原本的第一个元素: " << v[0] << std::endl;changeReferenced(&v);std::cout << "修改指向之后的第一个元素(函数外): " << v[0] << std::endl;v[0] = 1;std::cout << "\n原本的第一个元素: " << v[0] << std::endl;changeReferencedReference(&v);std::cout << "修改指向的对象的指向之后的第一个元素(函数外): " << v[0] << std::endl;
}

在这里插入图片描述

  • 由changeValue的结果可见，传指针的话，如果在函数内修改了p对应的元素的值，函数外的v会受到一样的影响；
  • 由changeReferenced的结果可见，如果在函数内修改了p的指向，则函数外的v不会受到任何影响，因为此时的p已经不再关联外部的v了。
  • 然而，由changeReferencedReference的结果可见，如果不是修改p的指向，而是修改了p指向的对象的指向，那么结果就会相反，此时函数外的v也会受到一样影响！
  • 所有，传递指针，是有影响到外部的v的风险的，是一种有风险的行为。

三、const+传指针

#include <iostream>
#include<vector>void changeValue(const std::vector<int>* p) {//修改v里面的值(*p)[0] = 2;std::cout << "修改值之后的第一个元素(函数内): " << (*p)[0] << std::endl;
}
void changeReferenced(const std::vector<int>* p) {//修改v的指向std::vector<int> c;c.push_back(3);p = &c;std::cout << "修改指向之后的第一个元素(函数内): " << (*p)[0] << std::endl;
}
void changeReferencedReference(const std::vector<int>* p) {//修改v的指向的指向std::vector<int> c;c.push_back(3);*p = c;std::cout << "修改指向的对象的指向之后的第一个元素(函数内): " << (*p)[0] << std::endl;
}int main()
{std::vector<int> v;v.push_back(1);std::cout << "原本的第一个元素: " << v[0] << std::endl;changeValue(&v);std::cout << "修改值后的第一个元素(函数外): " << v[0] << std::endl;v[0] = 1;std::cout << "\n原本的第一个元素: " << v[0] << std::endl;changeReferenced(&v);std::cout << "修改指向之后的第一个元素(函数外): " << v[0] << std::endl;v[0] = 1;std::cout << "\n原本的第一个元素: " << v[0] << std::endl;changeReferencedReference(&v);std::cout << "修改指向的对象的指向之后的第一个元素(函数外): " << v[0] << std::endl;
}

在这里插入图片描述

  • 由图可知，我们无法修改p指向的容器的值，也无法修改p指向的容器的指向，因此这两种情况都不会导致外部的v被改变。
  • 但是，我们此时可以修改p的指向，那么我们有没有可能改变函数外的v呢。由上一条实验三我们知道，修改了p的指向之后，并不会影响到外部的v，因为此时p已经脱离了和v的关联了。所以修改p的指向，是不会影响到外部的v的风险的。
  • 综上，const+传指针的方式，是不会影响到外部的v的，是一种安全的行为。

四、传引用

#include <iostream>
#include<vector>void changeValue(std::vector<int>& v) {//修改v里面的值v[0] = 2;std::cout << "修改值之后的第一个元素(函数内): " << v[0] << std::endl;
}
void changeReference(std::vector<int>& v) {//修改v的指向std::vector<int> c;c.push_back(3);v = c;std::cout << "修改指向之后的第一个元素(函数内): " << v[0] << std::endl;
}int main()
{std::vector<int> v;v.push_back(1);std::cout << "原本的第一个元素: " << v[0] << std::endl;changeValue(v);std::cout << "修改值后的第一个元素(函数外): " << v[0] << std::endl;v[0] = 1;std::cout << "\n原本的第一个元素: " << v[0] << std::endl;changeReference(v);std::cout << "修改指向之后的第一个元素(函数外): " << v[0] << std::endl;
}

在这里插入图片描述
可见，传引用的话，如果在函数内修改了v的值或者指向，函数外的v也会受到一样的影响。因此是一种有风险的行为。

五、const+传引用

#include <iostream>
#include<vector>void changeValue(const std::vector<int>& v) {//修改v里面的值v[0] = 2;std::cout << "修改值之后的第一个元素(函数内): " << v[0] << std::endl;
}
void changeReference(const std::vector<int>& v) {//修改v的指向std::vector<int> c;c.push_back(3);v = c;std::cout << "修改指向之后的第一个元素(函数内): " << v[0] << std::endl;
}int main()
{std::vector<int> v;v.push_back(1);std::cout << "原本的第一个元素: " << v[0] << std::endl;changeValue(v);std::cout << "修改值后的第一个元素(函数外): " << v[0] << std::endl;v[0] = 1;std::cout << "\n原本的第一个元素: " << v[0] << std::endl;changeReference(v);std::cout << "修改指向之后的第一个元素(函数外): " << v[0] << std::endl;
}

在这里插入图片描述
如图，由于const，我们无法修改v的元素的值，也无法修改v的指向。所以我们不会改变到函数外的v。也是一种安全的行为。

总结
如果我们想要安全（不修改函数外的v的值），只有以下三种方式：

  1. 传值
  2. const+传指针
  3. const+传引用。
  • 这几种方法中，如果从是否调用拷贝构造函数的角度考虑，应该选择 const+指针 ，或者const+引用因为他们是不调用拷贝构造函数的。
  • 但是如果从书写的方便性来说，应该选择 传值 和 const+传引用 这两种方式，他们比const+传指针要更加便于书写，因为这两者只需要用v就可以代表传进来的vector对象，而const+传指针需要用(*p)的方式来代表，多了一个*，而且有时候还要加括号()，防止优先级有问题，比如要用[ ]取值的时候，必须写成类似(*p)[0]，而不能是*p[0]这样的。
  • 实际使用中，似乎更多人用 const+传引用 。

const+引用是否调用拷贝构造函数

文章 C++（笔记）容器(vector)作为函数参数如何传参 中却认为，const+传引用会调用拷贝构造函数。我认为这应该是错误的。因为大多数其他的文章都认为， const+传引用不会调用拷贝构造函数**。如 C++拷贝构造函数（复制构造函数）详解、C++ 中的 const & （常引用）参数 、C++ 基础之 “引用形参” 和 “利用const引用避免复制” & 等等。所以还是服从多数，const+引用不会调用拷贝构造函数。这也是它相比于直接传值的重要优势。

不调用拷贝构造函数的好处

具体可以学习C++拷贝构造函数（复制构造函数）详解这一篇文章。
我总结一下，好处可能有两个：

  1. 可以减少空间开销。
  2. 可以避免在类中定义了一个不好的拷贝构造函数，从而导致了形参和实参不一致。

补充：使用 const+引用/指针 比单独使用 引用/指针 作为参数的好处

  1. 更加安全。这一点毋庸置疑。加了const以后，不管是指针还是引用都不用担心更改到外部的对象的内容。
  2. 使得函数可以接受常量对象作为参数。除此之外，还有一个很重要的，就是，哪怕你在函数内仔细控制，保证不会修改引用/指针指向的外部对象，也建议加一个const。那是因为，这样就可以向函数传递常量对象，而直接使用 引用/指针 作为参数的话，是无法向函数传递常量对象的。（这里我还是参考了C++拷贝构造函数（复制构造函数）详解这篇文章，虽然文章里只是对拷贝构造函数的参数写法进行的建议，但是我认为道理其实是通用的）

如下，如果我使用 vector<int>& v作为参数（没有加const），那么我是无法传递一个常量vector对象进去的。
在这里插入图片描述
然而，如果我使用了 const vector<int>& v作为参数（加了const），我就可以传递一个常量vector对象。

#include <iostream>
#include<vector>void printValue(const std::vector<int>& v) {std::cout << v[0];
}int main()
{const std::vector<int> v = { 1, 2, 3 };printValue(v);
}

在这里插入图片描述
可以接受常量对象的话，整个函数的可用性会更加强。

参考链接

C++拷贝构造函数（复制构造函数）详解
C++中vector作为参数的三种传参方式（传值 && 传引用 && 传指针）
C++ 中的 const & （常引用）参数
C++ 基础之 “引用形参” 和 “利用const引用避免复制” &
C++（笔记）容器(vector)作为函数参数如何传参 （疑似有误）

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