Скотт Мейерс - Эффективный и современный С++. 42 рекомендации по использованию С++11 и С++14

С учетом этой информации посмотрим еще раз на следующую часть исходного кода:

bool highPriority = features(w)[5]; // Явное объявление типа

// highPriority

Здесь featuresвозвращает объект std::vector, для которого вызывается operator[]. Этот оператор возвращает объект типа std::vector::reference, который затем неявно преобразуется в значение типа bool,необходимое для инициализации highPriority. Таким образом, highPriorityв конечном итоге получает значение пятого бита из std::vector, возвращенного функцией features, так, как и предполагалось.

Но что же произойдет, если переменная highPriorityбудет объявлена как auto?

autohighPriority = features(w)[5]; // Вывод типа highPriority

Функция features, как и ранее, возвращает объект типа std::vector, и, как и ранее, выполняется его operator[]. Оператор возвращает объект типа std::vector::reference, но дальше привычный ход событий изменяется, так как autoприводит к выводу типа переменной highPriority. Теперь переменная highPriorityне получает значение пятого бита s td::vector, возвращенного вызовом features.

Полученное ею значение зависит от того, как реализован тип std::vector::reference. Одна из реализаций таких объектов состоит в том, чтобы содержать указатель на машинное слово с интересующим нас битом и смещение этого бита в слове. Рассмотрим, что это означает для инициализации highPriority, в предположении, что имеет место именно такая реализация std::vector::reference.

Вызов featuresвозвращает временный объект std::vector. Этот объект не имеет имени, но для упрощения нашего рассмотрения я буду называть его temp. Для tempвызывается operator[], в результате чего возвращается объект std::vector::reference, содержащий указатель на слово в структуре данных, хранящей интересующий нас бит (эта структура находится под управлением temp), плюс смещение в слове, соответствующее пятому биту. Переменная highPriorityпредставляет собой копию этого объекта std::vector::reference, так что highPriorityтоже содержит указатель на слово в tempплюс смещение, соответствующее пятому биту. В конце инструкции объект tempуничтожается, так как это объект временный. В результате переменная highPriorityсодержит висячий указатель, что и дает неопределенное поведение при вызове processWidget:

processWidget(w, highPriority); // Неопределенное поведение!

// highPriority содержит

// висячий указатель!

Класс std::vector::referenceявляется примером прокси-класса (proxy class), т.e. класса, цель которого — эмуляция и дополнение поведения некоторого другого типа. Прокси-классы применяются для множества разных целей. Например, std::vector::referenceнужен для того, чтобы создать иллюзию, что operator[]класса std::vectorвозвращает ссылку на бит, а интеллектуальные указатели стандартной библиотеки (см. главу 4, “Интеллектуальные указатели”) являются прокси-классами, которые добавляют к обычным указателям управление ресурсами. Полезность прокси-классов — давно установленный и не вызывающий сомнения факт. Фактически шаблон проектирования “Прокси” — один из наиболее давних членов пантеона шаблонов проектирования программного обеспечения.

Одни прокси-классы спроектированы так, чтобы быть очевидными для клиентов. Это, например, такие классы, как std::shared_ptrи std::unique_ptr. Другие прокси-классы спроектированы для более-менее невидимой работы. Примером такого “невидимого” прокси-класса является std::vector::reference, как и его собрат std::bitset::referenceиз класса std::bitset.

В этом же лагере находятся и некоторые классы библиотек С++, применяющих технологию, известную как шаблоны выражений (expression templates). Такие библиотеки изначально разрабатывались для повышения эффективности кода для числовых вычислений. Например, для заданного класса Matrixи объектов m1, m2, m3и m4класса Matrix, выражение

Matrix sum = m1 + m2 + m3 + m4;

может быть вычислено более эффективно, если operator+для объектов Matrixвозвращает не сам результат, а его прокси-класс. Иначе говоря, operator+для двух объектов Matrixдолжен возвращать объект прокси-класса, такого как Sum, а не объект Matrix. Как и в случае с std::vector::referenceи bool, должно иметься неявное преобразование из прокси-класса в Matrix, которое позволит инициализировать sumпрокси-объектом, полученным из выражения справа от знака “ =”. (Тип этого объекта будет традиционно кодировать все выражение инициализации, т.e. быть чем-то наподобие Sum, Matrix>, Matrix>. Определенно, это тип, от которого следует защитить клиентов.)