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C++箴言:避免返回对象内部构件的句柄

作者 佚名技术 来源 程序设计 浏览 发布时间 2012-06-30

  假设你正在一个包含矩形的应用程序上工作。每一个矩形都可以用它的左上角和右下角表示出来。为了将一个 Rectangle 对象保持在较小状态,你可能决定那些点的定义的域不应该包含在 Rectangle 本身之中,更合适的做法是放在一个由 Rectangle 指向的辅助的结构体中:

class Point {
  // class for representing points
  public:
   Point(int x, int y);
   ...
   void setX(int newVal);
   void setY(int newVal);
   ...
};
struct RectData {
  // Point data for a Rectangle
  Point ulhc; // ulhc = " upper left-hand corner"
  Point lrhc; // lrhc = " lower right-hand corner"
};
class Rectangle {
  ...
  private:
   std::tr1::shared_ptr pData; // see Item 13 for info on
}; // tr1::shared_ptr

由于 Rectangle 的客户需要有能力操控 Rectangle 的区域,因此类提供了 upperLeft 和 lowerRight 函数。可是,Point 是一个用户定义类型,所以,在典型情况下,以传引用的方式传递用户定义类型比传值的方式更加高效的观点,这些函数返回引向底层 Point 对象的引用:

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

这个设计可以编译,但它是错误的。实际上,它是自相矛盾的。一方面,upperLeft 和 lowerRight 是被声明为 const 的成员函数,因为它们被设计成仅仅给客户提供一个获得 Rectangle 的点的方法,而不允许客户改变这个 Rectangle。另一方面,两个函数都返回引向私有的内部数据的引用——调用者可以利用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); // rec is a const rectangle from
// (0, 0) to (100, 100)
rec.upperLeft().setX(50); // now rec goes from
// (50, 0) to (100, 100)!
>

请注意这里,upperLeft 的调用者是怎样利用返回的 rec 的内部 Point 数据成员的引用来改变这个成员的。但是 rec 却被期望为 const!

这直接引出两条经验。第一,一个数据成员被封装,但是具有最高可访问级别的函数还是能够返回引向它的引用。在当前情况下,虽然 ulhc 和 lrhc 被声明为 private,它们还是被有效地公开了,因为 public 函数 upperLeft 和 lowerRight 返回了引向它们的引用。第二,如果一个 const 成员函数返回一个引用,引向一个与某个对象有关并存储在这个对象本身之外的数据,这个函数的调用者就可以改变那个数据(这正是二进制位常量性的局限性的一个副作用)。

我们前面做的每件事都涉及到成员函数返回的引用,但是,如果它们返回指针或者迭代器,因为同样的原因也会存在同样的问题。引用,指针,和迭代器都是句柄(handle)(持有其它对象的方法),而返回一个对象内部构件的句柄总是面临危及对象封装安全的风险。就像我们看到的,它同时还能导致 const 成员函数改变了一个对象的状态。

我们通常认为一个对象的“内部构件”就是它的数据成员,但是不能被常规地公开访问的成员函数(也就是说,它是 protected 或 private 的)也是对象内部构件的一部分。同样地,不要返回它们的句柄也很重要。这就意味着你绝不应该有一个成员函数返回一个指向拥有较小的可访问级别的成员函数的指针。如果你这样做了,它的可访问级别就会与那个拥有较大的可访问级别的函数相同,因为客户能够得到指向这个拥有较小的可访问级别的函数的指针,然后就可以通过这个指针调用这个函数。

无论如何,返回指向成员函数的指针的函数是难得一见的,所以让我们把注

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