必须返回对象时，别妄想返回其 reference

学习了前面的章节之后，我们明白了 pass-by-value 和 pass-by-reference 的区别之后，我们往往会想优化自己的代码，把原先自己会写 pass-by-value 的地方全都替换为 pass-by-reference ，但是如果你对 stack 和 heap 的理解不够的话，盲目的使用 pass-by-reference 会造成巨大的错误。下面是一张 X86-64 下 Linux 机器的虚拟空间图（来自 CSAPP 9.72）

User stack 由高地址向低地址增大，Run-time heap 由低地址像高地址增长，C++ 中的 new 和 delete 操作底层实际也是调用了 malloc 和 free 函数。函数中没用 malloc、new 创建的对象都是临时对象（局部变量），存放在 stack 中，由操作系统管理，用 malloc、new 创建的对象存放在 heap 中，由程序员自己手动管理，依靠 C++ 类的析构函数也被认为是程序员管理。

下面给出一个 case 1

//以前的写法 pass-by-value
int fun1(int a,int b){
	return a*b;
}
//现在的写法 pass-by-reference
int& fun2(const int& a,const int& b){
	return a*b;
}

第二十章总结过，传参数为 内置类型、STL 迭代器、函数对象 的时候，pass-by-value 比 pass-by-reference ,本例子不是为了讨论谁更高效，是为了说明两个情况是否程序能够正常运行。

case 1 中 pass-by-value 能够正确运行，但是 pass-by-reference 就不行，因为 fun2 在执行 return 之前，会先计算 a*b 并存为一个临时变量 temp，返回临时变量（return temp）。这个 temp 就是存储在 stack 中的（没有用 new、malloc 创建），由操作系统管理，所以在 fun2 结束之后，temp 的空间就被释放了（栈指针 %rsp 移动了，但是原先的内容没有销毁）。而 fun2 是返回索引，也就是依靠地址寻址，这个地址又被释放了，所以程序会出错。

内存模拟图

如上图所示，fun2 结束之后，返回的是 temp 所在的地址 0x100 ，但是 %rsp 已经退回， temp 的空间已经释放，如果有其他临时变量产生，0x100 这个地址的内存就会被覆盖，导致程序进入不可知状态。

下面是 case 2

int& fun2(const int& a,const int& b){
	int* tmp = new int (a*b);
	return *tmp;
}

case 2 不会运行出错，但是会造成内存泄漏，因为没有代码来 delete tmp；，如果把这个任务丢给客户显然不合适，这就给了客户犯错误的机会。

下面使用 static 的方式给出 case 3

int& fun2(const int& a,const int& b){
	static int tmp = a*b;
	return tmp;
}

使用 static 变量可以既可以使用 pass-by-reference 也可以解决内存管理的问题，但是也有其他问题

if( fun2(1,1) == fun2(2,2)){
	// ... choice 1
}else{
	// ... choice 2
}

这段代码执行之后会发现，执行的其实是 choice 1，这不难理解，因为 fun2 是返回引用，fun2（1，1）和 fun2（2，2）返回的地址实际上是同一个地址，执行 if 判断之前要先执行 fun2(1,1) 和 fun2(2,2),fun2(1,1) 会将 tmp 赋值为 1，再执行 fun2(2,2) 会把 tmp 赋值为 4，再执行 if 判断的时候实际上执行的是 if (4 == 4)…。自然只能是相当，然后执行 choice 1 的代码。也会有人想声明一个 static 数组专门来存放计算的数据，但是这个数组的大小设置又是难题。

总结：

绝不要返回 pointer 或者 reference 指向一个 local static 对象，或返回 reference 指向一个 heap-allocated 对象，或返回 pointer 或 reference 指向一个 local static 对象而有可能同时需要多个这样的对象。