赋值运算符重载返回Class、Class&、void的区别及返回必要性解析

问题背景 #

给出的深拷贝Club类赋值运算符重载代码如下：

//deep copies one object into another
Club& Club::operator= (Club& obj) {
    this->members_ = std::unique_ptr <Member[]> (new (std::nothrow) Member[obj.num_members_]);
    if (members_ != nullptr) {
        this->num_members_ = obj.num_members_;

        for (int i = 0; i < obj.num_members_; i++) {
            this->members_[i] = obj.members_[i];
        }
    }

    else {
        std::cout << "Memory could not be allocated.\n";
        this->num_members_ = 0;
    }

    return *this;
}

疑问点：

1. 使用Club（值返回）、Club&（引用返回）、void作为返回类型时代码均可运行，三者有何区别？
2. 执行club200 = club200a;时已通过this修改了对象，未存储返回值，为何需要返回地址或值？
3. 知道引用可用于运算符链式调用，但返回值实际会发生什么？
4. 教授要求按值返回，该如何理解？

一、三种返回类型的核心区别 #

1. 返回void #

• 行为：赋值操作仅修改当前对象（*this）的状态，完成后不返回任何值。
• 限制：完全禁用链式赋值（比如clubA = clubB = clubC;会直接编译报错），也无法将赋值结果作为右值传递给其他函数（比如func(clubA = clubB);）。
• 场景：仅满足最基础的赋值需求，但不符合C++中赋值运算符的常规语义，实际开发中很少使用。

2. 返回Club（值返回） #

• 行为：返回当前对象的副本——会调用Club的拷贝构造函数，把*this复制一份后返回。
• 代价：额外的拷贝开销（如果类成员多、深拷贝逻辑复杂，性能损耗会很明显）。
• 特性：支持链式赋值，但链式中每一步都会产生临时对象。比如clubA = clubB = clubC;会先执行clubB = clubC，返回clubB的副本，再把这个副本赋值给clubA。
• 注意：如果类没有正确实现拷贝构造函数，值返回可能会导致浅拷贝问题，引发内存泄漏或重复释放。

3. 返回Club&（引用返回） #

• 行为：返回当前对象的左值引用——直接指向*this本身，无拷贝开销。
• 特性：完美支持链式赋值，且完全符合C++原生类型的赋值语义（比如int a = b = c;就是返回引用实现的）。链式调用中clubA = clubB = clubC;会先执行clubB = clubC返回clubB的引用，再把clubC的值赋值给clubA，全程无临时对象产生。
• 优势：性能最优，是C++中赋值运算符重载的标准写法（几乎所有STL容器的赋值运算符都是返回引用）。

二、为什么需要返回值？ #

即使你写club200 = club200a;时没有存储返回值，返回值的存在是为了：

1. 符合C++常规语义：原生类型（int、float等）的赋值操作本身会返回左值，比如int x; (x = 5) = 10;是合法的，最终x的值为10。用户会期望自定义类的赋值行为和原生类型一致。
2. 支持链式操作：除了链式赋值，还可以将赋值结果作为参数传递给函数，比如print(clubA = clubB);，此时函数接收的是赋值后的clubA（引用返回）或其副本（值返回）。
3. 代码灵活性：保留后续扩展的可能，比如未来需要在赋值后直接调用对象的成员函数：(clubA = clubB).addMember();，引用返回可以直接操作原对象，值返回则只能操作临时副本（操作完即销毁，意义不大）。

三、链式调用中返回值的实际行为 #

以clubA = clubB = clubC;为例：

• 如果返回Club&：
  1. 先调用clubB.operator=(clubC)，修改clubB的状态，返回clubB的引用；
  2. 再调用clubA.operator=(返回的clubB引用)，修改clubA的状态，返回clubA的引用；
  3. 全程无临时对象，所有操作直接作用于原对象。
• 如果返回Club：
  1. 调用clubB.operator=(clubC)，修改clubB，返回clubB的副本（临时对象）；
  2. 调用clubA.operator=(这个临时对象)，修改clubA，返回clubA的副本；
  3. 临时对象在语句结束后销毁，造成额外的拷贝和析构开销。
• 如果返回void：
  编译器直接报错，因为clubB = clubC没有返回值，无法作为clubA = ...的右值。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者happy