C++引用专题（上）：详解C++传值返回和传引用返回

艾莉丝努力练剑

发布于 2025-11-13 09:32:19

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文章被收录于专栏：C / C++C / C++

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前言：本专栏记录了博主C++从初阶到高阶完整的学习历程，会发布一些博主学习的感悟、碰到的问题、重要的知识点，和大家一起探索C++这门程序语言的奥秘。这个专栏将记录博主C++语法、高阶数据结构、STL的学习过程，正所谓“万丈高楼平地起”嘛，我们话不多说，继续进行C++阶段的学习。本文我们不讲C++主线的内容，我们来拓展一下或者说整理一下我们学习时C/C++时经常会提到的一些专有名词，例如形参、实参，显式类型转换和隐式类型转换类型转换，内置类型、引用、传值返回和传引用返回等等。

C++的两个参考文档：

老朋友（非官方文档）：cplusplus 官方文档（同步更新）：cppreference

正文

博主之前写了传值返回和传引用返回相关的内容，只不过那是在C++初识部分介绍的，比较简略：

【C/C++】初识C++（二）：深入详解缺省参数（默认参数）函数重载、引用（重头戏）

【C/C++】初识C++（三）：C++入门内容收尾——const引用，指针和引用关系梳理，inline(内联函数)，nullptr替代NULL

一、传值返回详解

1、基本概念

传值返回是指函数返回对象的一个副本，调用方获得的是与原对象完全独立的新对象。

2、典型代码示例

// 基本类型传值返回
int add(int a, int b) 
{
    return a + b;  // 返回int类型的值
}

// 对象传值返回
std::string createGreeting(const std::string& name) 
{
    return "Hello, " + name + "!";  // 返回新构造的string对象
}

// 返回局部对象（安全）
std::vector<int> generateNumbers() 
{
    std::vector<int> nums {1, 2, 3, 4, 5};
    return nums;  // 返回拷贝（可能被RVO优化）
}

3、底层工作原理

函数内部创建要返回的对象
将该对象拷贝到调用方的接收位置（可能被编译器优化）
函数栈帧销毁，局部变量被清理

4、编译器优化（RVO/NRVO）

RVO (Return Value Optimization): 编译器消除临时对象的构造和拷贝

std::string func() 
{
    return std::string("hello");  // 可能直接在调用方内存构造
}

NRVO (Named Return Value Optimization): 对命名局部变量的优化

std::string func() 
{
    std::string s = "hello";
    return s;  // 可能直接在调用方内存构造
}

5、适用场景

返回基本类型（int、double等）
返回小型结构体或简单对象
需要返回独立副本的情况
返回局部变量时

6、优点

安全性高，不会产生悬空引用
接口清晰，调用方获得独立对象
现代C++编译器优化后性能良好

7、缺点

对于大型对象可能有拷贝开销（未优化时）
无法通过返回值修改原对象

二、传引用返回详解

1、基本概念

传引用返回是指函数返回对象的引用（别名），调用方获得的是对原对象的直接引用。

2、典型代码示例

// 返回静态变量的引用（安全）
const std::string& getVersion() {
    static const std::string ver = "1.0.0";
    return ver;
}

// 返回成员变量的引用
class Container {
    std::vector<int> data;
public:
    // const引用返回
    const std::vector<int>& getData() const { return data; }
    
    // 非const引用返回（允许修改）
    std::vector<int>& getMutableData() { return data; }
};

// 返回参数引用（需确保参数生命周期）
const std::string& longerString(
    const std::string& a, 
    const std::string& b) {
    return a.length() > b.length() ? a : b;
}

3、底层工作原理

函数计算要返回的引用（地址）
将该地址返回给调用方
调用方通过引用直接访问原对象

4、生命周期注意事项

// 危险示例1：返回局部变量引用
const int& dangerous1() {
    int x = 42;
    return x;  // x将被销毁！
}

// 危险示例2：返回临时对象引用
const std::string& dangerous2() {
    return "temporary";  // 临时对象将销毁！
}

// 危险示例3：返回悬空指针的引用
const std::string& dangerous3() {
    std::string* s = new std::string("hello");
    return *s;  // 内存泄漏风险
}

5、适用场景

返回类成员变量
返回静态/全局变量
返回参数中生命周期有保障的对象
需要允许调用者修改原对象时
返回大型对象避免拷贝时

6、优点

无拷贝开销，性能高
允许修改原对象（非const引用时）
可以用于实现链式调用

7、缺点

必须确保被引用对象的生命周期
不当使用会导致未定义行为
接口契约更复杂（需要文档说明生命周期

三、对比总结表

比较维度	传值返回	传引用返回
返回内容	对象副本	对象别名
拷贝开销	可能有（但常被优化）	无
修改原对象	不能	可以（非const引用）
安全性	高	需注意生命周期
适用对象大小	小型对象	中大型对象
典型用例	工厂函数、计算函数	访问器、链式调用
RVO优化	支持	不适用
C++11移动语义	可结合使用	不适用

四、C++实践

1、默认优先使用传值返回：

// 现代C++编译器能很好优化
std::vector<int> getData() 
{
    return {1, 2, 3};  // 依赖RVO/NRVO
}

2、明确使用引用返回的场景：

// 场景1：返回类成员
class Config 
{
    std::string path;
public:
    const std::string& getPath() const 
    { 
        return path; 
    }
};

// 场景2：链式调用
class Builder 
{
    std::string data;
public:
    Builder& append(const std::string& s) 
    {
        data += s;
        return *this;
    }
};

3、结合const正确性：

// 只读访问用const引用
const std::string& getName() const;

// 需要修改用非const引用
std::string& getMutableName();

4、C++11后的改进：

// 移动语义支持
std::unique_ptr<Resource> createResource() 
{
    auto res = std::make_unique<Resource>();
    res->initialize();
    return res;  // 移动而非拷贝
}

// 返回右值引用
std::vector<int>&& extractData() 
{
    std::vector<int> temp;
    // ...填充数据
    return std::move(temp);  // 明确所有权转移
}

5、性能关键代码的考量：

// 参数+返回优化
void computeResult(Input in, Result& out) 
{
    // 直接填充out避免拷贝
}

// 或者返回智能指针
std::shared_ptr<BigData> createBigData() 
{
    return std::make_shared<BigData>();
}