为什么 std::queue::pop 没有返回值？

Question

我浏览了这个页面，但我无法得到相同的原因。那里提到了

“更明智的是它根本不返回任何值并要求 客户端使用 front() 检查队列前面的值”

但是从 front() 检查元素还需要将该元素复制到左值中。例如在这段代码中

std::queue<int> myqueue;
int myint;
int result;
std::cin >> myint;
myqueue.push (myint);
/* here temporary will be created on RHS which will be assigned to
   result, and in case if returns by reference then result will be
   rendered invalid after pop operation */
result = myqueue.front();  //result.
std::cout << ' ' << result;
myqueue.pop();

第五行 cout 对象首先创建 myqueue.front() 的副本，然后将其分配给 result。那么，有什么区别呢，pop 函数可以做同样的事情。

Answer 1

那么，有什么区别，pop 函数可以做同样的事情。

它确实可以做同样的事情。之所以没有，是因为返回弹出元素的 pop 在存在异常的情况下是不安全的（必须按值返回，从而创建副本）。

考虑这个场景（用一个天真的/虚构的流行实现，来说明我的观点）：

template<class T>
class queue {
    T* elements;
    std::size_t top_position;
    // stuff here
    T pop()
    {
        auto x = elements[top_position];
        // TODO: call destructor for elements[top_position] here
        --top_position;  // alter queue state here
        return x;        // calls T(const T&) which may throw
    }

如果 T 的复制构造函数在返回时抛出异常，则说明您已经更改了队列的状态（在我的幼稚实现中为

top_position

），并且该元素已从队列中删除（并且不返回）。出于所有意图和目的（无论您如何在客户端代码中捕获异常），队列顶部的元素都会丢失。

当您不需要弹出的值时（即它创建了没有人会使用的元素的副本），这种实现也是低效的。

这可以通过两个单独的操作（

void pop

和

const T& front()

）安全有效地实施。

Answer 2

您链接到的页面回答了您的问题。

引用整个相关部分：

有人可能想知道为什么 pop() 返回 void，而不是 value_type。也就是说，为什么必须使用 front() 和 pop() 来检查和删除队列前面的元素，而不是将两者组合在一个成员函数中？事实上，这样的设计是有充分理由的。如果 pop() 返回前面的元素，则必须按值返回而不是按引用返回：按引用返回会创建一个悬空指针。然而，按值返回的效率很低：它至少涉及一次冗余的复制构造函数调用。由于 pop() 不可能以既高效又正确的方式返回值，所以更明智的做法是根本不返回任何值，并要求客户端使用 front() 检查值队列的前面。

C++ 的设计考虑了效率，而不是程序员必须编写的代码行数。

Answer 3

pop 无法返回对被删除值的引用，因为它正在从数据结构中删除，那么该引用应该引用什么？它可以按值返回，但是如果 pop 的结果没有存储在任何地方怎么办？然后时间就浪费在不必要的复制值上。

Answer 4

从 C++11 开始，可以使用移动语义实现所需的行为。就像

pop_and_move

。因此复制构造函数不会被调用，性能仅取决于移动构造函数。

Answer 5

对于当前的实施，这是有效的：

int &result = myqueue.front();
std::cout << result;
myqueue.pop();

如果 pop 返回一个引用，如下所示：

value_type& pop();

那么以下代码可能会崩溃，因为引用不再有效：

int &result = myqueue.pop();
std::cout << result;

另一方面，如果它直接返回一个值：

value_type pop();

那么你需要复制一份代码才能工作，这样效率较低：

int result = myqueue.pop();
std::cout << result;

Answer 6

你完全可以做到这一点：

std::cout << ' ' << myqueue.front();

或者，如果您想要变量中的值，请使用引用：

const auto &result = myqueue.front();
if (result > whatever) do_whatever();
std::cout << ' ' << result;

接下来：“更明智”这个措辞是“我们研究了使用模式并发现更需要拆分”的主观形式。 （放心：C++ 语言的发展并不轻松……）