Effective C++ 条款20：宁以pass-by-reference-to-const替换pass-by-value

Effective C++ 条款20：宁以pass-by-reference-to-const替换pass-by-value

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核心思想：优先使用const T&传递参数代替值传递，避免昂贵的拷贝开销并防止对象切割问题，同时保持参数不可修改的安全性。

⚠️ 1. 值传递的代价与陷阱

昂贵拷贝开销：

class BigObject {
public:BigObject();                   // 构造耗时BigObject(const BigObject&);   // 拷贝昂贵（含10个vector成员）~BigObject();
private:std::vector<double> data1, data2, ...;
};// 值传递：触发完整拷贝
void process(BigObject bo);        // 每次调用拷贝构造+析构process(BigObject());              // 拷贝成本：O(n) * 10

对象切割问题：

class Window {
public:virtual void display() const;  // 基类虚函数
};class SpecialWindow : public Window {
public:void display() const override; // 派生类实现
};// 值传递导致派生类被切割
void showWindow(Window w) {        // 参数类型为基类w.display();                   // 总是调用Window::display()
}SpecialWindow sw;
showWindow(sw);  // 传入SpecialWindow → 被切割为Window对象

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🚨 2. 解决方案：const引用传递

高效传递大对象：

// 引用传递：零拷贝开销
void process(const BigObject& bo);  // 仅传递指针大小的引用BigObject obj;
process(obj);  // 无拷贝构造/析构调用

保持多态完整性：

// 引用传递保持对象完整类型
void showWindow(const Window& w) {  // 参数为基类引用w.display();                    // 动态绑定正确调用派生类方法
}SpecialWindow sw;
showWindow(sw);  // 调用SpecialWindow::display()

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⚖️ 3. 关键原则与例外情况

传递方式	适用场景	性能影响
const T&	自定义类型、类层次结构中的对象	零拷贝开销
值传递	内置类型、小型POD结构	拷贝成本可忽略
移动语义(T&&)	需要转移所有权的可修改对象	转移资源所有权
智能指针	需要共享所有权的对象	引用计数操作

内置类型值传递例外：

// 内置类型直接传值更高效
void validate(int x, float y);    // 比const int&更高效// 小型POD结构（<16字节）
struct Point2D { float x, y; };
void translate(Point2D p);        // 寄存器传递可能更快

STL迭代器和函数对象：

// 迭代器设计为值传递
template<typename InputIt>
void processRange(InputIt begin, InputIt end);  // 按值传递迭代器// 函数对象可能按值传递
std::sort(v.begin(), v.end(), [](int a, int b) { return a > b; }); // lambda值传递

现代C++扩展规则：

// 通用引用模板（C++11）
template<typename T>
void forwardExample(T&& arg);     // 完美转发参数// 移动语义优化
void sinkExample(BigObject&& bo); // 明确转移所有权

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💡 关键原则总结

1. 默认传递策略
   • 自定义类型 → const T&
   • 内置类型 → 直接传值
2. 多态保护原则
   • 基类类型参数必须使用引用传递
   • 避免对象切割（slicing problem）
3. 性能临界区优化
   • 小型结构体实测性能对比
   • 高频调用场景考虑内联
4. 现代C++增强
   • 所有权转移使用T&&
   • 完美转发使用T&& + std::forward

值传递陷阱重现：

class Employee {
public:virtual int calculateSalary() const;
};class Manager : public Employee {int calculateSalary() const override; // 更高计算复杂度
};// 危险：值传递导致切割+性能双问题
void processEmployee(Employee e) {int salary = e.calculateSalary(); // 1. 调用基类方法
}                                    // 2. 触发完整拷贝Manager m;
processEmployee(m); // 对象被切割，额外拷贝基类部分

安全重构方案：

// 解决方案1：const引用传递（推荐）
void processEmployee(const Employee& e) {int salary = e.calculateSalary(); // 动态绑定正确
}                                    // 无拷贝开销// 解决方案2：智能指针传递（共享所有权）
void processEmployee(std::shared_ptr<const Employee> e);// 解决方案3：移动语义（转移所有权）
void takeOwnershipEmployee(Employee&& e);// 解决方案4：模板泛型（C++17）
template<typename T, typename = std::enable_if_t<std::is_base_of_v<Employee, T>>>
void processTemplate(const T& emp);