# Item 20: 用 pass-by-reference-to-const（传引用给 const）取代 pass-by-value（传值）
作者：Scott Meyers
译者：fatalerror99 (iTePub's Nirvana)
发布：http://blog.csdn.net/fatalerror99/
缺省情况下，C++ 以传值方式将对象传入或传出函数（这是一个从 C 继承来的特性）。除非你特别指定其它方式，否则函数的参数就会以实际参数（actual argument）的拷贝进行初始化，而函数的调用者会收到函数返回值的一个拷贝。这个拷贝由对象的拷贝构造函数生成。这就使得传值（pass-by-value）成为一个代价不菲的操作。例如，考虑下面这个类层级结构：
```
class Person {
public:
Person(); // parameters omitted for simplicity
virtual ~Person(); // see Item 7 for why this is virtual
...
private:
std::string name;
std::string address;
};
class Student: public Person {
public:
Student(); // parameters again omitted
virtual ~Student();
...
private:
std::string schoolName;
std::string schoolAddress;
};
```
现在，考虑以下代码，在此我们调用一个函数—— validateStudent，它得到一个 Student 参数（以传值的方式），并返回它是否验证有效的结果：
```
bool validateStudent(Student s); // function taking a Student
// by value
Student plato; // Plato studied under Socrates
bool platoIsOK = validateStudent(plato); // call the function
```
当这个函数被调用时会发生什么呢？
很明显，Student 的拷贝构造函数被调用，用 plato 来初始化参数 s。同样明显的是，当 validateStudent 返回时，s 就会被销毁。所以这个函数的参数传递代价是一次 Student 的拷贝构造函数的调用和一次 Student 的析构函数的调用。
但这还不是全部。一个 Student 对象内部包含两个 string 对象，所以每次你构造一个 Student 对象的时候，你也必须构造两个 string 对象。一个 Student 对象还要从一个 Person 对象继承，所以每次你构造一个 Student 对象的时候，你也必须构造一个 Person 对象。一个 Person 对象内部又包含两个额外的 string 对象，所以每个 Person 的构造也承担着另外两个 string 的构造。最终，以传值方式传递一个 Student 对象的后果就是引起一次 Student 的拷贝构造函数的调用，一次 Person 的拷贝构造函数的调用，以及四次 string 的拷贝构造函数调用。当 Student 对象的拷贝被销毁时，每一个构造函数的调用都对应一个析构函数的调用，所以以传值方式传递一个 Student 的全部代价是六个构造函数和六个析构函数！
好了，这是正确的和值得的行为。毕竟，你希望你的全部对象都得到可靠的初始化和销毁。尽管如此，如果有一种办法可以绕过所有这些构造和析构过程，应该变得更好，这就是：传引用给 const（pass by reference-to-const）：
```
bool validateStudent(const Student& s);
```
这样做非常有效：没有任何构造函数和析构函数被调用，因为没有新的对象被构造。被修改的参数声明中的 const 是非常重要的。validateStudent 的最初版本接受一个 Student 值参数，所以调用者知道它们屏蔽了函数对它们传入的 Student 的任何可能的改变；validateStudent 也只能改变它的一个拷贝。现在 Student 以引用方式传递，同时将它声明为 const 是必要的，否则调用者必然担心 validateStudent 改变了它们传入的 Student。
以传引用方式传递参数还可以避免切断问题（slicing problem）。当一个派生类对象作为一个基类对象被传递（传值方式），基类的拷贝构造函数被调用，而那些使得对象的行为像一个派生类对象的特殊特性被“切断”了。你只剩下一个纯粹的基类对象——这没什么可吃惊的，因为是一个基类的构造函数创建了它。这几乎绝不是你希望的。例如，假设你在一组实现一个图形窗口系统的类上工作：
```
class Window {
public:
...
std::string name() const; // return name of window
virtual void display() const; // draw window and contents
};
class WindowWithScrollBars: public Window {
public:
...
virtual void display() const;
};
```
所有 Window 对象都有一个名字，你能通过 name 函数得到它，而且所有的窗口都可以显示，你可一个通过调用 display 函数来做到这一点。display 为 virtual 的事实清楚地告诉你：一个纯粹的基类的 Window 对象的显示方法有可能不同于专门的 WindowWithScrollBars 对象的显示方法（参见 Item 34 和 36）。
现在，假设你想写一个函数打印出一个窗口的名字，并随后显示这个窗口。以下这个函数的写法是错误的：
```
void printNameAndDisplay(Window w) // incorrect! parameter
{ // may be sliced!
std::cout << w.name();
w.display();
}
```
考虑当你用一个 WindowWithScrollBars 对象调用这个函数时会发生什么：
```
WindowWithScrollBars wwsb;
printNameAndDisplay(wwsb);
```
参数 w 将被作为一个 Window 对象构造——它是被传值的，记得吗？而且使 wwsb 表现得像一个 WindowWithScrollBars 对象的特殊信息都被切断了。在 printNameAndDisplay 中，全然不顾传递给函数的那个对象的类型，w 将始终表现得像一个 Window 类的对象（因为它就是一个 Window 类的对象）。特别是，在 printNameAndDisplay 中调用 display 将总是调用 Window::display，绝不会是 WindowWithScrollBars::display。
绕过切断问题的方法就是以传引用给 const 的方式传递 w：
```
void printNameAndDisplay(const Window& w) // fine, parameter won't
{ // be sliced
std::cout << w.name();
w.display();
}
```
现在 w 将表现得像实际传入的那种窗口。
如果你掀开编译器的盖头偷看一下，你会发现用指针实现引用是非常典型的做法，所以以引用传递某物实际上通常意味着传递一个指针。由此可以得出结论，如果你有一个内建类型的对象（例如，一个 int），以传值方式传递它常常比传引用方式更高效。那么，对于内建类型，当你需要在传值和传引用给 const 之间做一个选择时，没有道理不选择传值。同样的建议也适用于 STL 中的迭代器（iterators）和函数对象（function objects），因为，作为惯例，它们就是为传值设计的。迭代器（iterators）和函数对象（function objects）的实现有责任保证拷贝的高效并且不受切断问题的影响。（这是一个“规则如何变化，依赖于你使用 C++ 的哪一个部分”的实例——参见 Item 1。）
内建类型很小，所以有人就断定所有的小类型都是传值的上等候选者，即使它们是用户定义的。这样的推论是不可靠的。仅仅因为一个对象小，并不意味着调用它的拷贝构造函数就是廉价的。很多对象——大多数 STL 容器也在其中——容纳的和指针一样，但是拷贝这样的对象必须同时拷贝它们指向的每一样东西。那可能是非常昂贵的。
即使当一个小对象有一个廉价的拷贝构造函数，也会存在性能问题。一些编译器对内建类型和用户定义类型并不一视同仁，即使他们有同样的底层表示。例如，一些编译器拒绝将仅由一个 double 组成的对象放入一个寄存器中，即使在常规上它们非常愿意将一个纯粹的 double 放入那里。如果发生了这种事情，你以传引用方式传递这样的对象更好一些，因为编译器理所当然会将一个指针（引用的实现）放入寄存器。
小的用户定义类型不一定是传值的上等候选者的另一个原因是：作为用户定义类型，它的大小常常变化。一个现在较小的类型在将来版本中可能变得更大，因为它的内部实现可能会变化。甚至当你换了一个不同的 C++ 实现时，事情都可能会变化。例如，就在我这样写的时候，一些标准库的 string 类型的实现的大小就是另外一些实现的七倍。
通常情况下，你能合理地假设传值廉价的类型仅有内建类型及 STL 中的迭代器和函数对象类型。对其他任何类型，请遵循本 Item 的建议，并用传引用给 const 取代传值。
Things to Remember
* 用传引用给 const 取代传值。典型情况下它更高效而且可以避免切断问题。
* 这条规则并不适用于内建类型及 STL 中的迭代器和函数对象类型。对于它们，传值通常更合适。
- Preface（前言）
- Introduction（导言）
- Terminology（术语）
- Item 1: 将 C++ 视为 federation of languages（语言联合体）
- Item 2: 用 consts, enums 和 inlines 取代 #defines
- Item 3: 只要可能就用 const
- Item 4: 确保 objects（对象）在使用前被初始化
- Item 5: 了解 C++ 为你偷偷地加上和调用了什么函数
- Item 6: 如果你不想使用 compiler-generated functions（编译器生成函数），就明确拒绝
- Item 7: 在 polymorphic base classes（多态基类）中将 destructors（析构函数）声明为 virtual（虚拟）
- Item 8: 防止因为 exceptions（异常）而离开 destructors（析构函数）
- Item 9: 绝不要在 construction（构造）或 destruction（析构）期间调用 virtual functions（虚拟函数）
- Item 10: 让 assignment operators（赋值运算符）返回一个 reference to *this（引向 *this 的引用）
- Item 11: 在 operator= 中处理 assignment to self（自赋值）
- Item 12: 拷贝一个对象的所有组成部分
- Item 13: 使用对象管理资源
- Item 14: 谨慎考虑资源管理类的拷贝行为
- Item 15: 在资源管理类中准备访问裸资源（raw resources）
- Item 16: 使用相同形式的 new 和 delete
- Item 17: 在一个独立的语句中将 new 出来的对象存入智能指针
- Item 18: 使接口易于正确使用，而难以错误使用
- Item 19: 视类设计为类型设计
- Item 20: 用 pass-by-reference-to-const（传引用给 const）取代 pass-by-value（传值）
- Item 21: 当你必须返回一个对象时不要试图返回一个引用
- Item 22: 将数据成员声明为 private
- Item 23: 用非成员非友元函数取代成员函数
- Item 24: 当类型转换应该用于所有参数时，声明为非成员函数
- Item 25: 考虑支持不抛异常的 swap
- Item 26: 只要有可能就推迟变量定义
- Item 27: 将强制转型减到最少
- Item 28: 避免返回对象内部构件的“句柄”
- Item 29: 争取异常安全（exception-safe）的代码
- Item 30: 理解 inline 化的介入和排除
- Item 31: 最小化文件之间的编译依赖
- Item 32: 确保 public inheritance 模拟 "is-a"
- Item 33: 避免覆盖（hiding）“通过继承得到的名字”
- Item 34: 区分 inheritance of interface（接口继承）和 inheritance of implementation（实现继承）
- Item 35: 考虑可选的 virtual functions（虚拟函数）的替代方法
- Item 36: 绝不要重定义一个 inherited non-virtual function（通过继承得到的非虚拟函数）
- Item 37: 绝不要重定义一个函数的 inherited default parameter value（通过继承得到的缺省参数值）
- Item 38: 通过 composition（复合）模拟 "has-a"（有一个）或 "is-implemented-in-terms-of"（是根据……实现的）
- Item 39: 谨慎使用 private inheritance（私有继承）
- Item 40: 谨慎使用 multiple inheritance（多继承）
- Item 41: 理解 implicit interfaces（隐式接口）和 compile-time polymorphism（编译期多态）
- Item 42: 理解 typename 的两个含义
- Item 43: 了解如何访问 templatized base classes（模板化基类）中的名字
- Item 44: 从 templates（模板）中分离出 parameter-independent（参数无关）的代码
- Item 45: 用 member function templates（成员函数模板） 接受 "all compatible types"（“所有兼容类型”）
- Item 46: 需要 type conversions（类型转换）时在 templates（模板）内定义 non-member functions（非成员函数）
- Item 47: 为类型信息使用 traits classes（特征类）
- Item 48: 感受 template metaprogramming（模板元编程）
- Item 49: 了解 new-handler 的行为
- Item 50: 领会何时替换 new 和 delete 才有意义
- Item 51: 编写 new 和 delete 时要遵守惯例
- Item 52: 如果编写了 placement new，就要编写 placement delete
- 附录 A. 超越 Effective C++
- 附录 B. 第二和第三版之间的 Item 映射