如何延长表达式范围内临时变量的生命周期？

Question

我在使用范围 for 循环时遇到悬空引用。考虑以下 C++14 表达式（下面的完整示例程序）：

    for(auto& wheel: Bike().wheels_reference())
        wheel.inflate();

它的输出是：

 Wheel()
 Wheel()
 Bike()
~Bike() with 0 inflated wheels.
~Wheel()
~Wheel()
 Wheel::inflate()
 Wheel::inflate()

显然出了点问题。轮子的访问超出其生命周期，结果为 0，而不是预期的 2。

一个简单的解决方法是在 main 中为 Bike 引入一个变量。但是，我不控制main或Wheel中的代码。我只能更改结构 Bike.

是否有任何方法可以通过仅更改 Bike 来修复此示例？

一个成功的解决方案要么在编译时失败，要么计数 2 个充气轮胎并且不接触任何超出其寿命的物体。

附录：编译就绪源码

#include <cstdlib>
#include <iostream>
#include <array>
#include <algorithm>
using std::cout;
using std::endl;

struct Wheel
{
    Wheel() { cout << " Wheel()" << endl; }
    ~Wheel() { cout << "~Wheel()" << endl; }
    void inflate() { inflated = true; cout << " Wheel::inflate()" << endl; }
    bool inflated = false;
};

struct Bike
{
    Bike() { cout << " Bike()" << endl; }
    ~Bike() {
        cout << "~Bike() with " << std::count_if(wheels.begin(),    wheels.end(),
            [](auto& w) { return w.inflated; }) << " inflated wheels." << endl;
    }
    std::array<Wheel, 2>& wheels_reference() { return wheels; }
    std::array<Wheel, 2> wheels{Wheel(), Wheel()};
};

int main()
{
    for(auto& wheel: Bike().wheels_reference())
        wheel.inflate();
    return EXIT_SUCCESS;
}

Answer 1

以下可怕的装置似乎满足所有条件：

#include <memory>

struct Bike
{
    // Bike() { cout << " FakeBike()" << endl; }
    // ~Bike() { cout << "~FakeBike()" << endl; }
    struct RealBike;
    struct Wrap {
        std::shared_ptr<RealBike> parent;
        auto begin() { return parent->wheels.begin(); }
        auto end() { return parent->wheels.end(); }
    };
    struct RealBike {
        RealBike() { cout << " Bike()" << endl; }
        ~RealBike() {
            cout << "~Bike() with " << std::count_if(wheels.begin(),    wheels.end(),
                [](auto& w) { return w.inflated; }) << " inflated wheels." << endl;
        }
        std::array<Wheel, 2> wheels;
    };
    std::shared_ptr<RealBike> real = std::make_shared<RealBike>();
    Wrap wheels_reference() { return Wrap{real}; }
};

我不喜欢的是它需要将 std::array<Wheel, 2> 的所有 API 包装在 Wrap 中。

Answer 2

删除wheels_reference的右值重载。

std::array<Wheel, 2>& wheels_reference() & { return wheels; }
std::array<Wheel, 2>& wheels_reference() && = delete;

这样你就不会 return 对临时成员的引用。

您对 Bike class

的示例用法

for(auto& wheel: Bike().wheels_reference())
    wheel.inflate();

然后将拒绝编译（clang 3.4 输出）：

test.cpp:31:29: error: call to deleted member function 'wheels_reference'
    for(auto& wheel: Bike().wheels_reference())
                     ~~~~~~~^~~~~~~~~~~~~~~~
test.cpp:24:27: note: candidate function has been explicitly deleted
    std::array<Wheel, 2>& wheels_reference() && = delete;
                          ^
test.cpp:23:27: note: candidate function not viable: no known conversion from 'Bike' to 'Bike' for object argument
    std::array<Wheel, 2>& wheels_reference() & { return wheels; }

如果临时文件的生命周期是手动延长的，那么一切正常。

Bike&& bike = Bike();
for(auto& wheel: bike.wheels_reference())
    wheel.inflate();

Answer 3

最好的解决方案是停止通过临时成员函数调用获取类型的成员。

如果 wheels_reference 是一个 non-member 函数，您可以像这样简单地声明它：

wheels_reference(Bike &bike);

由于 non-const 左值参数无法附加到临时变量，因此您将无法调用 wheels_reference(Bike())。因为 wheels_reference 是一个成员函数，你只需要使用成员函数语法来表达同样的事情：

std::array<Wheel, 2>& wheels_reference() & //<--
{ return wheels; }

如果用户现在尝试调用 Bike().wheels_reference()，编译器会报错。

Answer 4

您可以只添加 wheels_reference 成员函数的几个 cv-ref-qualified 重载：

std::array<Wheel, 2>& wheels_reference() & { return wheels; }

std::array<Wheel, 2> const & wheels_reference() const & { return wheels; }

std::array<Wheel, 2> wheels_reference() && { return std::move(wheels); }

std::array<Wheel, 2> wheels_reference() const && { return wheels; }

注意，如果对象是临时的（&& 情况），那么您应该 return 一个值（copy-constructed 来自数据成员，甚至更好 move-constructed 来自它） , 也没有引用。

所有四个重载都涵盖了所有 use-cases 可能。

如何延长表达式范围内临时变量的生命周期？

How do I extend the lifetime of a temporary in a ranged for expression?

c++

reference

ranged-loops

c++14

附录：编译就绪源码