对于原始类型(或称基本类型),如int, char, float, 指针 等,参数传递和返回值不
会碰到什么难以理解的问题。能引起关注的焦点是,当我们把对象作为参数传递,或者
返回一个对象时,这里面发生了什么?
我个人觉得,“返回一个对象”的说法或概念尤其难以理解。例如函数f()返回一个对象
(类A的实例):
A a;
a = f(); //
或者:
f().f1(); // 调用A的成员函数f1()
对象会大的根本不可能放入寄存器中(象C/C++编译器对于基本类型所作的惯常处理那样
),那么这个对象是临时从栈中申请的吗?
但是,函数执行时从栈中申请的对象是无法传递出去的。因为函数执行完毕、出栈之后
,栈就会折叠、恢复。这就意味着该对象的生存期结束了,外部是不可以再访问或使用
这个对象的(坚持这样做是充满危险和非法的):它消失了。如果我们强制让这个对象
可以为外部所使用,那么栈将无法得到恢复,包括先前压入栈中的函数参数,仍将滞留
在栈中。此种场面(和它带来的问题)实在太糟糕了。
那么这个对象从堆中申请如何?由于它是临时使用的,编译器还必须记得在恰当的时候
将之安全地删除。也许这原则上可以做到,但是也存在不妥之处。首先堆的访问操作效
率明显不如栈,其次(也许更严重的),编译器擅自使用堆,而没有让程序员知道(堆
的使用几乎是程序员的领地,来历不明的争用是难以容忍的)。
所以一种可能的较好的做法是,在函数调用前在栈上预先申请一块空间,准备用来存储
返回的对象。但是,为了让函数能够在返回把结果拷贝到这里,必须把这块地址传给函
数,这是一个隐含的操作(由编译器生成push指令完成)。
例如对于上面的f().f1()的调用,这条语句前半部分的行为可以这样描述:
allocate space from stack for an object of A
push address of this space ; let me call it a_ptr
push all parameters of function f()
call f()
recover stack (pop up all parameters and a_ptr )
这样一来,经过f()的调用后,我们得到的a_ptr指向一个A的实例,这正是所谓“返回的
”对象。接着,调用了成员函数f1():
a_ptr->f1()
// destroy the temp object (*a_ptr)
我们记得,这是一个临时对象,所以调用f1()之后它将会被析构。
对于“声明并赋值”的写法,例如:
A a = f();
前面所做的分析仍然完全适应。在这种情况下,我们发现那个临时对象有名字了,它就
是a。
但是对于象a = f() 这样的“声明,然后赋值”写法,情况正变得有趣。因为a已经存在
,我们发现可以不用在栈上申请用来容纳返回对象的临时空间。我们可以直接把a的地址
传递给函数f(),而不是那个临时对象的地址。这样做效率更高。结果是,函数在返回时
直接往a所占据的空间拷贝。
这的确非常精彩。至此函数返回对象的问题已得到解决。还必须强调一点:函数在返回
时无论向临时对象,还是目的对象拷贝,类的拷贝构造函数(copy constructor)都将
被执行。如果类没有定义显式的拷贝构造函数,那么将执行缺省的位拷贝(bitcopy)。
现在来看对象作为参数传递发生什么,例如:
A x;
f(x); // suppose prototype of function f() is:void f(A a);
这里函数f需要一个A的对象参数(整个对象按值传递,既不是传递对象引用,也不是传
递对象指针)。不难想象,这需要在栈上先申请一块空间存放“传入”的对象。从函数f
()内部来看,这就是作为参数的对象a。然后,这块空间的地址被压入栈中,函数在内部
使用指向对象的地址来操作对象。但是,在实际执行call f()指令前,要先完成从x到a
的拷贝过程(因而拷贝构造函数会被调用)。
最后在函数f()返回前,a的析构函数会被调用。函数返回后,栈将恢复到调用前的水平
(容纳对象a的那块空间被“释放”了)。
Note:关键思想是从"thinking in C++"学到的。此前我并未意识到:从函数中返回一个
对象,事先直接将目的对象地址压栈(作为一个隐含的参数)。