C++引用专题（下）：传值返回 VS 传引用返回

艾莉丝努力练剑

发布于 2025-11-13 10:28:27

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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：对比传值返回和传引用返回

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、基本概念对比

特性	传值返回	传引用返回
返回内容	返回对象的副本	返回对象的引用
内存开销	可能有拷贝开销	无额外拷贝开销
修改原对象	不能修改原对象	可以直接修改原对象
适用场景	返回局部变量或需要独立副本的情况	返回成员变量或静态变量等长期存在的对象
安全性	高（不会产生悬空引用）	需注意生命周期（可能产生悬空引用）

二、结合示例

传值返回示例

// 返回局部变量的拷贝（安全）
std::string getString() 
{
    std::string local = "Hello";
    return local;  // 返回拷贝（可能触发NRVO优化）
}

// 返回计算结果的拷贝
int sum(int a, int b) 
{
    return a + b;  // 返回临时值的拷贝
}

void testValueReturn() 
{
    std::string s = getString();
    int result = sum(5, 3);
    
    // 可以安全地存储和使用返回值
    std::vector<std::string> strings;
    strings.push_back(getString());
}

传引用返回示例

// 返回静态变量的引用（安全）
const std::string& getStaticString() {
    static std::string s = "Static";
    return s;  // 安全，因为静态变量生命周期长
}

// 返回成员变量的引用（需注意对象生命周期）
class MyClass {
    std::string name;
public:
    MyClass(const std::string& n) : name(n) {}
    
    // 返回成员引用（安全，只要对象存在）
    const std::string& getName() const { return name; }
    
    // 返回非const引用（允许修改成员）
    std::string& getMutableName() { return name; }
};

// 危险示例：返回局部变量的引用
const std::string& dangerousRef() {
    std::string local = "Danger";
    return local;  // 警告：返回局部变量引用
}

void testRefReturn() {
    // 安全使用
    const std::string& s1 = getStaticString();
    MyClass obj("Test");
    const std::string& name = obj.getName();
    
    // 修改成员变量
    obj.getMutableName() = "Modified";
    
    // 危险使用（未定义行为）
    // const std::string& bad = dangerousRef();
}

右值引用返回 (C++11)

// 工厂函数返回右值
std::vector<int> createVector() {
    return std::vector<int>{1, 2, 3};  // 返回临时对象
}

// 移动语义优化
class BigData {
    std::vector<int> data;
public:
    BigData() : data(1000000) {}  // 大对象
    
    // 返回右值引用（转移所有权）
    BigData&& moveFrom() { return std::move(*this); }
};

void testRvalueReturn() {
    // 高效接收返回值（可能触发移动构造）
    std::vector<int> v = createVector();
    
    BigData b1;
    BigData b2 = b1.moveFrom();  // 移动构造
}

三、最佳实践指南

1、优先传值返回：

返回局部变量或临时对象时
当需要独立副本时
现代C++的返回值优化(RVO/NRVO)会消除拷贝

2、谨慎使用传引用返回：

返回成员变量、静态变量或全局变量时
需要允许调用者修改对象时
确保被引用对象的生命周期足够长

3、避免常见错误：

// 错误1：返回局部变量引用
const int& badRef1() 
{
    int x = 10;
    return x;
}

// 错误2：返回临时对象引用
const std::string& badRef2() 
{
    return "temporary";
}

// 错误3：返回悬空指针的引用
const std::string* badPtr() 
{
    std::string s = "hello";
    return &s;
}

4、const引用返回：

当不想让调用者修改返回值时
但仍想避免拷贝开销时

const std::string& getConfigValue() const 
{
    static std::string value = loadConfig();
    return value;
}

5、返回值优化(RVO/NRVO)：

现代编译器会优化传值返回的拷贝操作

// 以下代码通常不会产生实际拷贝
std::vector<int> makeVector() 
{
    return std::vector<int>{1, 2, 3};
}

四、结合示例比较性能

代码演示如下——

#include <chrono>
#include <vector>

// 传值返回版本
std::vector<int> createVectorByValue(int size) {
    return std::vector<int>(size, 42);
}

// 传引用返回版本（通过输出参数）
void createVectorByRef(int size, std::vector<int>& out) {
    out.assign(size, 42);
}

void testPerformance() {
    const int size = 10000000;
    
    // 测试传值返回
    auto start1 = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    auto v1 = createVectorByValue(size);
    auto end1 = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    
    // 测试传引用返回
    std::vector<int> v2;
    auto start2 = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    createVectorByRef(size, v2);
    auto end2 = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    
    auto duration1 = std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(end1 - start1);
    auto duration2 = std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(end2 - start2);
    
    std::cout << "By value: " << duration1.count() << " μs\n";
    std::cout << "By ref: " << duration2.count() << " μs\n";
}