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Tip of the Week #107: Reference Lifetime Extension

Originally posted as totw/107 on 2015-12-10 By Titus Winters (titus@google.com)

关于TotW 101之后，有一些关于引用和生命周期的不太清楚的研究，因此在本Tips中，我们将深入探讨“何时延长参考生命周期？”这一问题。

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string Foo::GetName();
const string& name = obj.GetName();  // Is this safe/legal?

简而言之，当且仅当

  • 一个const T&(或者是T&&，尽管Google code style通常不建议使用)被一个返回临时对象T的表达式(通常是一个函数调用)初始化

标准术语的解释可能有些棘手，因此让我们讨论一些边缘情况来阐明：

  • 当赋值给T&的时候是没办法工作的，必须是赋值给const T& (它会发生编译错误)

  • 如果它是一个类型(非多态)的转换，例如将string赋值给const absl::string_view&，这并没有拓宽string的生命周期。

  • 直接获取子对象也是没办法正常工作。

  • 允许类型转换的情况是，当T是U的父类时，从U的临时对象赋值给T＆。请不要这样做：与其他情况相比，它甚至会使读者感到困惑。

如果临时对象的生命周期被拓展了，那么它将会持续到引用它的变量离开作用域。如果临时对象的生命周期没有被拓展，那么T将会在语句末尾的时候被销毁

通过 TotW 101 我们可以知道，不应该依赖显示的引用初始化来进行生命周期的拓展，这并未得到多少性能的提升。而且这为代码可读性以及未来的可维护性带来不少困难。

一些细微的情况下，生命周期延长正在发生，而且是必要的，并且是有益的(例如在临时容器上进行for range)，同样，生命周期的扩展仅用于临时表达式的结果，而不用于任何子表达式。例如，这些工作：

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std::vector<int> GetInts();
for (int i : GetInts()) { }  // lifetime extension on the vector is important

// Return string_views of size 1 for each char in this string.
std::vector<absl::string_view> Explode(const string& s);

// vector中的string_view的生命周期并没有被延长
// Lifetime extension kicks in on the vector, but *not* on the temporary string!
for (absl::string_view s : Explode(StrCat("oo", "ps"))) { }  // WRONG

下面则无法正常工作:

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MyProto GetProto();

// sub_protos获取到的子对象没办法进行生命周期的延长，MyProto对象在语句结束时就已经被销毁了。
// Lifetime extension *doesn't work* here: sub_protos (a repeated field)
// is destroyed by MyProto going out of scope, and the lifetime extension rules
// don't kick in here to magically lifetime extend the MyProto returned by
// GetProto().  The sub-object lifetime extension only works for simple
// is-a-member-of relationships: the compiler doesn't see that sub_protos()
// itself returning a reference to an sub-object of the outer temporary.
for (const SubProto& p : GetProto().sub_protos()) { }  // WRONG