[Effective C++] 항목 21 : 함수에서 객체를 반환해야 할 경우에 참조자를 반환하려고 들지 말자.

유리수를 나타내는 클래스

class Rational { public:            Rational(int numerator = 0, int denominator = 1); // 생성자가 explicit로 선언되지 않은 이유는(24)            ... private:            int n, d; // 분자 및 분모            friend const Rational operator* (const Rational& lhs, const Rational& rhs); // 반환타입이const인 이유는 (3) };

이 클래스의 operator*는 곱셈 결과를 값으로 반환하도록 되어 있다.

값이 아닌 참조자를 반환할 수 있으면 비용 부담은 없을 것입니다. 그러나 참조자는 그냥 이름입니다. 존재하는 객체에 붙는 다른 이름입니다.

operator*가 참조자를 반환하도록 만들어졌다면, 이 함수가 반환하는 참조자는 반드시 이미 존재하는 Rational 객체의 참조자여야 합니다.

그럼 반환될 객체는 어디에 있을까요?

Rational a(1, 2); // a = 1/2 Rational b(3, 5); // b = 3/5 Rational c = a * b; // c는 3/10 이어야 합니다.

객체에 대한 참조자를 operator*에서 반환할 수 있으려면, 그 객체를 직접 생성해야 한다는 것입니다.

함수 수준에서 새로운 객체를 만드는 방법은 딱 2가지 뿐입니다. 하나는 스택에 만드는 것이고,또 하나는 힙에 만드는 것입니다.

우선 전자의 방법은, 스택에 객체를 만들려면 지역 변수를 정의하면 됩니다.

const Rational$ operator*(const Rational& lhs, const Rational& rhs) // 어이없는 코드 {            Rational result(lhs.n * rhs.n, lhs.d * rhs.d);            return result; }

위 예제는 피하자.생성자가 불리는 게 싫어서 시작한 일인데, 결국 result가 다른 객체처럼 생성되어야 하잖아요.더 심각한 문제는, 이 연산자 함수는 result에 대한 참조자를 반환하는데, result는 지역 객체입니다. 즉, 함수가 끝날 때 덩달아 소멸되는 객체죠.

그러니까 이 operator*는 현재 온전한 Rational 객체에 대한 참조자를 반환하지 않습니다.

이 함수를 호출한 쪽은 그 즉시 미정의 동작에 빠지게 됩니다.

후자의 방법, 함수가 반환할 객체를 힙에 생성했다가, 그 녀석의 참조자를 반환하는 것입니다.

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

여전히 생성자가 한번 호출되기는 매한가지입니다.
new로 할당한 메모리를 초기화할 때 생성자가 호출되니 말입니다.이걸 말고도, new로 만든 객체를 누가 delete해줄까요?

이 함수를 호출하는 쪽에서는 메모리 누출을 막기에는 한계가 있습니다.

Rational w, x, y, z; w = x * y * z // operator* (operator* (x, y), z) 와 같습니다.

여기서는 한 문장 안에서 operator* 호출이 2번 일어나고 있기 때문에, new에 짝을 맞추어 delete를 호출하는 작업도 2번이 필요합니다. 그런데 operator*의 사용자 쪽에서는 이렇게 할 수 있는 합당한 방법이 없습니다.
operator*로부터 반환되는 참조자 뒤에 숨겨진 포인터에 대해서는 사용자가 어떻게 접근할 방법이 없기 때문입니다.

위 2개의 예는, 한 가지 문제를 똑같이 가지고 있었습니다.스택 기반으로 하든 힙 기반으로 하든 operator*에서 반환되는 결과는, 반드시 생성자를 꼭 한 번 호출했을 거예요. 그런데, 필요 없는 생성자 호출을 피해 보자는 것이 아마 처음 세운 목표였을 걸요?

const Rational$ operator*(const Rational& lhs, const Rational& rhs) // 경고! {            static Rational result; // 반환할 참조자가 가리킬 정적 객체.            result = ...;            return result; }

위 코드는 스레드 안정성 문제가 있습니다 
또한 아래와 같은 문제가 있습니다.

bool operator==(const Rational& lhs, const Rational& rhs); Rational a, b, c, d; ... if ((a*b) == (c*d)) {            두 유리수 쌍의 곱이 서로 같으면 적절한 처리를 수행 } else {            다르면 적절한 처리를 수행 }

((a*b) == (c*d)) 표현식이 항상 true 값을 냅니다.
a,b,c,d에 어떤 값이 들어가도 마찬가지입니다.

위의 표현식을 아래처럼 바꾸면

if (operator==(operator*(a,b), operator*(c,d)))

operator== 가 호출될 때, operator*가 활성화되어 있을 것이고, 각각의 호출을 통해 operator*안에 정의된 정적 Rational 객체의 참조자가 반환될 것입니다.
operator==가 비교하는 피연산자는 operator* 안의 정적 Rational 객체의 값 입니다.이 둘이 같지 않은 것이 더 이상합니다.

새로운 개체를 반환해야 하는 함수를 작성하는 방법에는 정도(正道)가 있습니다. 바로 ‘새로운 객체를 반환하게 만드는 것’이죠
그러니까 Rational의 operator*는 아래처럼 혹은 비슷하게 작성해야 합니다.

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

이 코드에도 반환 값을 생성하고 소멸시키는 비용이 들어 있습니다. 그러나 끝까지 따져 보면 여기에 들어가는 비용은 올바른 동작에 지불되는 작은 비용입니다.

C++에서도 다 컴파일러 구현자들이 가시적인 동작 변경을 가하지 않고도 기존 코드의 수행 성능을 높이는 최적화를 적용할 수 있도록 배려해 두었습니다. 그 결과, 몇몇 조건하에서는 이 최적화 메커니즘에 의해 operator*의 반환 값에 대한 생성과 소멸 동작이 안전하게 제거될 수 있습니다.(반환 값 최적화(return value optimization) RVO)

l  지역 스택 객체에 대한 포인터나 참조자를 반환하는일, 혹은 힙에 할당된 객체에 대한 참조자를 반환하는 일, 또는 지역 정적 객체에 대한 포인터나 참조자를 반환하는 일은 그런 객체가 2개 이상 필요해질 가능성이 있다면 절대로 하지 마세요. (4)를 보면 지역 정적 객체에 대한 참조자를 반환하도록 설계된 올바른 코드 예제를 찾을 수 있습니다.