C++协方差和参考

Question

假设我有一个带有纯虚拟的抽象基类，它返回一个昂贵的对象。由于它是一个昂贵的对象，我应该返回对它的引用。

但生活并没有那么简单，假设我有两个类派生自它：一个类具有经常调用的函数，因此在实例中存储副本并返回引用会更有效。另一个很少被调用，因此最好按需创建对象以节省 RAM。

我认为我可以只使用协方差，因为里氏替换原则会很高兴，但当然 Obj 不是 Obj& 的子类型，因此会导致编译错误。

class abc
{
public:
    virtual BigObj& obj() = 0;
};

class derived : public abc
{
public:
    ...
    virtual BigObj obj() { return obj_; }

private:
    BigObj obj_;
};

结果是：

conflicting return type specified for ‘virtual BigObj derived::obj()’

是否有比简单地选择最不坏的更优雅的解决方案？

Answer 1

一种解决方案是创建一个智能指针类来管理 BigObj*：

class BigObjPtr {
public:
    BigObjPtr(bool del, BigObj* ptr) : del(del), ptr(ptr) { }

    BigObj* operator->() {
        return ptr;
    }

    virtual ~BigObjPtr() {
        if (del) delete ptr;
    }

private:
    BigObj* ptr;
    bool del;
};

然后更改您的类以返回其中之一，并将 del 布尔值设置为您是否想要 < code>BigObjPtr 在超出范围时销毁其指针：

class abc
{
public:
    virtual BigObjPtr obj() = 0;
};

class derived : public abc
{
public:
    ...
    BigObjPtr obj() { return BigObjPtr(false, &obj_); }

private:
    BigObj obj_;
};

class otherderived : public abc
{
public:
    ...
    BigObjPtr obj() { return BigObjPtr(true, new BigObj); }
};

您当然需要管理 BigObjPtr 等的复制，但我将其留给您。

Answer 2

您应该重新考虑您的假设，函数的接口应该根据语义来定义。因此，主要问题是函数的语义是什么？

如果您的函数创建了一个对象，无论要复制的对象有多大或多小，您都应该按值返回代码被调用的频率。另一方面，如果您正在做的是提供对已存在对象的访问，那么在两种情况下，您都应该返回对该对象的引用。

请注意：

expensive function() {
   expensive result;
   return result;
}
expensive x = function();

可以由编译器优化为单个 expense 对象（它可以避免从 result 复制到返回的对象，并消除从返回的对象复制到 >x）。

关于里氏替换原则，你在这里没有遵循，一种类型是返回一个对象，另一种类型是返回一个对象的引用，这在很多方面都是完全不同的事情，所以即使你可以对两个返回类型应用类似操作，事实上，还有其他不同的操作，并且传递给调用者的职责也不同。

例如，如果您修改引用情况下的返回对象，则您将更改将来从函数返回的所有对象的值，而在值情况下，该对象拥有< /em> 由调用者调用，无论调用者对其副本执行什么操作，对该函数的下一次调用都将返回一个新创建的对象，而不会进行这些更改。

因此，思考函数的语义是什么，并使用它来定义在所有派生类中返回的内容。如果您不确定这段代码有多昂贵，您可以返回一个简化的用例，我们可以讨论如何提高应用程序的性能。为此，您需要明确用户代码如何处理它获取的对象，以及它对函数的期望。

Answer 3

返回一个 shared_ptr 。一个类可以保留它自己的副本，另一个类可以根据需要创建它。

Answer 4

您有两个选择：

1. 正如您所指出的，您可以选择最不最坏的。也就是说，为两个派生类选择 BigObj 或 BigObj&。

2. 您可以向具有适当返回类型的派生类添加新方法。例如，BigObj& obj_by_ref() 和 BigObj obj_by_val()。

不能同时使用这两种方法的原因是您可能有一个直接指向 abc 的指针。它指定了 BigObj&，因此无论哪个类提供实现，它最好返回一个 BigObj&，因为这是调用站点所期望的。如果行为不当的子类直接返回 BigObj，当编译器尝试将其用作引用时，将会导致混乱！

Answer 5

在大多数情况下，通过引用返回是危险的，因为它可能导致难以跟踪内存问题，例如当父对象超出范围或被删除时。我会将 BigObj 重新设计为一个简单的委托（或容器）类，它实际上保存指向昂贵对象的指针。