[C++知识库]《Effective C++》学习笔记（条款28：避免返回handles指向对象内部成分)

最近开始看《Effective C++》，为了方便以后回顾，特意做了笔记。若本人对书中的知识点理解有误的话，望请指正！！！

假如我们写一个表示矩形的类Rectangle，这个矩形由左上角和右下角的顶点坐标表示。为了表示这两个点，我们写一个表示点的类：

class Point{   
public:
    Point(int x, int y);
    void setX(int newVal);
    void setY(int newVal);
  	... 
};

为了矩形类尽可能小，把两个点放在一个 struct 内，再让 Rectangle 指向它：

struct RectData{
    Point ulhc; //左上角upper left-hand corner   
    Point lrhc; //右下角lower right-hand corner 
};  

class Rectangle{
  	...   
private:     
    shared_ptr<RectData> pData; //智能指针见第条款13
};

Rectangle 能够计算它自身的范围，所以需要提供接口访问它左上角和右下角的坐标。Point 是自定义类型，所以根据条款20给我们的建议：以引用传递方式传递用户自定义类型往往比值传递高效），这些函数于是返回引用，代表底层的 Point 对象:

class Rectangle{
public:
    ...
    Point& upperLeft() const {return pData->ulhc;}
    Point& lowerRight() const {return pData->lrhc;}
    ... 
};

这样的设计可以通过编译，但确实错误的。实际上它是自我矛盾的。因为 upperLeft() 和 lowerRight() 被声明为 const 成员函数，目的是为了调用者只能读取它，不能修改它，但是两个函数返回引用指向 private 内部数据，调用者可通过这些引用修改内部数据。例如：

Point coord1(0,0);
Point coord2(100,100); 
const Rectangle rec(coord1,coord2); //我们希望它是一个const对象 
rec.upperLeft().setX(50);  			//现在通过引用能改变const对象的状态！

这带给我们两个教训：

第一，成员变量的封装性最多只等于“返回其引用”的函数的访问级别。本例中的 ulhc 和 lrhc 都被声明为 private，它们实际上却是 public ，因为 public 函数 upperLeft() 和 lowerRight()传出了它们的引用。

第二，如果一个函数返回了指向储存在对象外部的数据成员的引用，即使这个函数声明为了const，调用这个函数的人也能修改这个成员(见条款3 bitwise constness 的局限性)

除了引用，返回指针和迭代器的结果也是一样的，原因也一样。引用，指针，迭代器都是所谓的"句柄"(handle)，即接触对象的某种方式。直接返回句柄总会带来破坏封装的风险，这也导致声明为 const 的函数并不是真正的 const。

还要注意的是，"内部成员"除了内部数据还包括内部函数，即声明为私有(private)或保护(protected)的函数，因此对于内部函数也是一样，不要返回它们的句柄，否则用户也可以通过返回的函数指针来调用它们，这样私有的成员函数也相当于变成了公有。（虽然返回指针指向某个成员函数的情况很少，但也需要注意）

回到刚才的例子上，我们刚才遇到的问题，只要对它们的返回类型加上 const 即可：

class Rectangle{
public:
    ...
    const Point& upperLeft() const {return pData->ulhc;}
    const Point& lowerRight() const {return pData->lrhc;}
    ... 
};

这样用户就只能读取矩形的 Point ,而不能修改它们。这意外着修饰函数的 const 也起了作用，因为它们不再允许用户修改。至于封装问题，我们让用户知道矩形的位置是完全合情合理的，所以我们给封装提供了有限的放宽，让用户可以读到私有数据，但不能修改。

即使这样，返回句柄仍然会带来问题——野句柄（dangling handles）。这种句柄所指东西（的所属对象）不复存在。这种“不复存在的对象”最常见的就是函数返回值。例如某个函数返回 GUI 对象的矩形外框：

class GUIObject{...}; //某个GUI对象 
const Rectangle boundingBox(const GUIObject& obj)); //以值传递方式返回一个矩形，条款3谈过为什么返回const

用户可能会这样使用代码:

GUIObject* pgo; 
... 
const Point* pUpperLeft = &(boundingBox(*pgo).upperLeft());

对 boundingBox() 的调用会返回一个新的，临时的 Rectangle 对象，我们暂且称它为 temp。有了这个临时对象之后，我们会取得指向它左上角 Point 对象，然后 pUpperLeft 指向得了这个 Point 对象。可是 temp 毕竟是临时对象！在这行代码执行完后，temp会被销毁，它所包含的 Point 对象也就会被销毁，最后 pUpperLeft 指向一个不存在的对象的。也就是说，一旦 出了 pUpperLeft 那条语句，pUpperLeft就成野句柄。

这就是为什么函数返回指向内部成员"句柄"的总是危险的，不管你的"句柄"是指针，引用还是迭代器，不管你的返回值是不是 const，也不管那个返回句柄的成员函数是不是 const。这里唯一的关键是，有个句柄被传出去了，这时你就暴露在句柄比其所指对象更长寿的风险中。

但这不代表要杜绝这种做法，有时候必须得这样做，例如索引[]操作符，用来拿出容器(比如std::vector)里的个别元素，它返回的是指向容器里的数据的引用(见条款3)，那些数据会随着容器被销毁而销毁。尽管如此，这样的函数毕竟是例外，不是常态。

Note:

• 避免返回指向内部成员的"句柄"(包括指针，引用，迭代器)。不返回"句柄"能增强封装性，让 const 函数真正 const，也能减少"野句柄"。

条款29：为“异常安全”而努力是值得的