[Effective C++] 21. 참조자를 리턴하면 안되는 상황

김디트 2024. 6. 14. 11:35

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항목 21. 함수에서 객체를 반환해야 할 경우에 참조자를 반환하려고 들지 말자

모든 코드에 '참조에 의한 전달'을 반영하려들면 안 되는 이유

class Rational
{
public:
    Rational(int numerator = 0, int denominator = 1);
...
private:
    int n, d;
    
friend const Rational operator* (const Rational& lhs, const Rational& rhs);
};

...

Rational a(1, 2); // a = 1/2
Rational b(3, 5); // b = 3/5

Rational c = a * b; // c는 3/10이 되어야 한다.

참조자는 존재하는 객체에 붙는 이름일 뿐이다.
- 즉, 참조자를 리턴하려면 이미 존재하는 Rational 객체의 참조자여야 한다.
operator*가 참조자를 리턴한다면
- 위 예제, c = a * b 에서 a * b의 결과로 도출되는 Rational은 언제 생성된 것을 리턴할 것인가?

참조자 반환을 위한 여러 가지 시도

스택에 새로운 객체를 만드는 방법
- ```
const Rational& operator* (const Rational& lhs, const Rational& rhs)
{
    Rational result(lhs.n * rhs.n, lhs.d * rhs.d); // 스택 생성
    return result;
}
```
- 스택 객체는 참조자 반환 시점에는 소멸하게 되는데, 그렇다면 이미 소멸된 객체의 참조자가 반환된다는 뜻이다.
- 생성자가 불리는 걸 피하고자 참조자 반환을 했을텐데, 결과적으론 객체를 생성하는 꼴이 된다.

힙에 새로운 객체를 만드는 방법

const Rational& operator* (const Rational& lhs, const Rational& rhs)
{
    Rational* result = new Rational(lhs.n * rhs.n, lhs.d * rhs.d);
    return *result;
};

여전히 생성자를 한번 호출한다.
메모리 누수의 문제가 있다. 이 힙 생성에 대한 뒷처리(delete를 짝지어주기)가 힘들어지기 때문이다.
- ```
Rational w, x, y, z;

w = x * y * z; // delete를 어떻게 짝지어줄 것인가?
```

함수 내에 정적 객체를 정의하는 방법
- ```
const Rational& operator* (const Rational& lhs, const Rational& rhs)
{
    static Rational result; // 반환에 사용할 정적 객체
    
    result = ...;
    return result;
}
```
- 스레드 안정성 문제가 있다.
- 해당 함수의 리턴값들을 비교하는 코드에서 늘 true를 반환하게 된다.
  - ```
  Rational a, b, c, d;
  ...
  if((a * b) == (c * d)) { ... } // 이 경우 어떻게 될까?
```
- 그렇다면 정적 객체를 배열로 만들면?!
  - 해당 배열의 크기는 어떻게 정의할 것인가.
  - 너무 큰 크기를 할당해두면 되려 수행 성능이 떨어진다. 이는 기존의 의미를 퇴색시키는 일.

새로운 객체를 반환하는 함수의 정도

새로운 객체를 반환하게 만들자.

const Rational operator*(const Rational &lhs, const Rational& rhs) 
{
    return Rational(lhs.n * rhs.n, lhs.d * rhs.d);
}

생성 / 소멸 비용이 들어가지만 올바른 동작에 지불되는 작은 비용이다.
반환값 최적화(return value optimization)(RVO)의 여지
- C++ 컴파일러는 기존 코드의 수행 성능을 높이는 최적화를 적용할 수 있다.
- 그 결과로 컴파일 후 해당 반환값에 대한 생성 / 소멸 동작이 안전하게 제거될 여지가 있다.

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