为何std::pair<const T&, const U&>未正确绑定类成员引用？

我尝试创建一个包含std::pair<const int&, const string&>成员的Pair类，原本期望这个pair里的引用能绑定到当前对象的num和s成员，但创建多个对象后，发现pair里的引用指向了最近构造的对象的成员，甚至出现无效值。

问题代码 #

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <utility>
#include <iomanip>

using namespace std;

struct Pair {
    int num;
    string s;
    pair<const int&, const string&> pr{make_pair(num, s)};

    Pair(int n, const string& s) : num(n), s(s) {}
};

ostream& operator<<(ostream& out, const Pair& p) {
    out  << setw(2) << p.num << ", "  << p.s << ": <" << p.pr.first << "," << p.pr.second << ">";
    return out;
}

int main() {

    cout << string(15, '-') << " PIECEMEAL " << string(15, '-') << endl;
    Pair p1{1, "normal1"};
    Pair p2{2, "normal2"};
    cout << p1 << endl;
    cout << p2 << endl << endl;

    cout << string(15, '-') << "  VECTOR " << string(15, '-') << endl;
    vector<Pair> v;
    for (int i=0; i< 5; ++i) {
        v.emplace_back(i, "from_vec'" + ::to_string(i) + "'");
    }

    for(const auto & p : v) {
        cout << p << endl;
    }
}

运行输出 #

--------------- PIECEMEAL ---------------
 1, normal1: <2,normal2>
 2, normal2: <1586964272,normal2>

---------------  VECTOR ---------------
 0, from_vec'0': <4,from_vec'4'>
 1, from_vec'1': <1586964272,from_vec'4'>
 2, from_vec'2': <1586964272,from_vec'4'>
 3, from_vec'3': <1586964272,from_vec'4'>
 4, from_vec'4': <1586964272,from_vec'4'>

问题原因 #

核心错误出在make_pair(num, s)的使用上：

• make_pair接收的是num（int类型）和s（string类型）的值，返回的是一个临时的std::pair<int, string>对象，而非引用类型的pair。
• 当用这个临时pair初始化pr（类型为std::pair<const int&, const string&>）时，pr里的引用会绑定到临时pair的成员变量上，而不是当前Pair对象的num和s。
• 临时pair在pr初始化完成后就会被销毁，此时pr里的引用变成悬空引用。后续构造新对象时，临时对象的内存可能被新的临时数据覆盖，就出现了引用指向最近构造对象成员或垃圾值的情况。

解决方法 #

直接使用std::pair的构造函数，显式绑定当前对象的成员，不要用make_pair：

struct Pair {
    int num;
    string s;
    pair<const int&, const string&> pr{num, s}; // 直接绑定当前对象的num和s

    Pair(int n, const string& s) : num(n), s(s) {}
};

修改后，每个Pair对象的pr成员都会正确绑定到自身的num和s，运行输出会符合预期。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者trozzel