C++中的引用
【導讀】介紹C++引用的基本概念，通過(guò)詳細的應用分析與說(shuō)明，對引用進(jìn)行全面、透徹地闡述
引用是C++引入的新語(yǔ)言特性，是C++常用的一個(gè)重要內容之一，正確、靈活地使用引用，可以使程序簡(jiǎn)潔、高效。
引用簡(jiǎn)介
引用就是某一變量（目標）的一個(gè)別名，對引用的操作與對變量直接操作完全一樣。
引用的聲明方法：類(lèi)型標識符 &引用名=目標變量名；
【例1】：int a; int &ra=a; //定義引用ra,它是變量a的引用，即別名
說(shuō)明：
（1）&在此不是求地址運算，而是起標識作用。
（2）類(lèi)型標識符是指目標變量的類(lèi)型。
（3）聲明引用時(shí)，必須同時(shí)對其進(jìn)行初始化。
（4）引用聲明完畢后，相當于目標變量名有兩個(gè)名稱(chēng)，即該目標原名稱(chēng)和引用名，且不能再把該引用名作為其他變量名的別名。
ra=1; 等價(jià)于 a=1;
（5）聲明一個(gè)引用，不是新定義了一個(gè)變量，它只表示該引用名是目標變量名的一個(gè)別名，它本身不是一種數據類(lèi)型，因此引用本身不占存儲單元，系統也不給引用分配存儲單元。故：對引用求地址，就是對目標變量求地址。&ra與&a相等。
（6）不能建立數組的引用。因為數組是一個(gè)由若干個(gè)元素所組成的集合，所以無(wú)法建立一個(gè)數組的別名。
引用應用
1、引用作為參數
引用的一個(gè)重要作用就是作為函數的參數。以前的C語(yǔ)言中函數參數傳遞是值傳遞，如果有大塊數據作為參數傳遞的時(shí)候，采用的方案往往是指針，因為這樣可以避免將整塊數據全部壓棧，可以提高程序的效率。但是現在（C++中）又增加了一種同樣有效率的選擇（在某些特殊情況下又是必須的選擇），就是引用。
【例2】：
void swap(int &p1, int &p2) //此處函數的形參p1, p2都是引用
{ int p; p=p1; p1=p2; p2=p; }
為在程序中調用該函數，則相應的主調函數的調用點(diǎn)處，直接以變量作為實(shí)參進(jìn)行調用即可，而不需要實(shí)參變量有任何的特殊要求。如：對應上面定義的swap函數，相應的主調函數可寫(xiě)為：
main( )
{
int a,b;
cin>>a>>b; //輸入a,b兩變量的值
swap(a,b); //直接以變量a和b作為實(shí)參調用swap函數
cout<<a<< ‘ ‘ <<b; //輸出結果
}
上述程序運行時(shí)，如果輸入數據10 20并回車(chē)后，則輸出結果為20 10。
由【例2】可看出：
（1）傳遞引用給函數與傳遞指針的效果是一樣的。這時(shí)，被調函數的形參就成為原來(lái)主調函數中的實(shí)參變量或對象的一個(gè)別名來(lái)使用，所以在被調函數中對形參變量的操作就是對其相應的目標對象（在主調函數中）的操作。
（2）使用引用傳遞函數的參數，在內存中并沒(méi)有產(chǎn)生實(shí)參的副本，它是直接對實(shí)參操作；而使用一般變量傳遞函數的參數，當發(fā)生函數調用時(shí)，需要給形參分配存儲單元，形參變量是實(shí)參變量的副本；如果傳遞的是對象，還將調用拷貝構造函數。因此，當參數傳遞的數據較大時(shí)，用引用比用一般變量傳遞參數的效率和所占空間都好。
（3）使用指針作為函數的參數雖然也能達到與使用引用的效果，但是，在被調函數中同樣要給形參分配存儲單元，且需要重復使用"*指針變量名"的形式進(jìn)行運算，這很容易產(chǎn)生錯誤且程序的閱讀性較差；另一方面，在主調函數的調用點(diǎn)處，必須用變量的地址作為實(shí)參。而引用更容易使用，更清晰。
如果既要利用引用提高程序的效率，又要保護傳遞給函數的數據不在函數中被改變，就應使用常引用。
2、常引用
常引用聲明方式：const 類(lèi)型標識符 &引用名=目標變量名；
用這種方式聲明的引用，不能通過(guò)引用對目標變量的值進(jìn)行修改,從而使引用的目標成為const，達到了引用的安全性。
【例3】：
int a ;
const int &ra=a;
ra=1; //錯誤
a=1; //正確
這不光是讓代碼更健壯，也有些其它方面的需要。
【例4】：假設有如下函數聲明：
string foo( );
void bar(string & s);
那么下面的表達式將是非法的：
bar(foo( ));
bar("hello world");
原因在于foo( )和"hello world"串都會(huì )產(chǎn)生一個(gè)臨時(shí)對象，而在C++中，這些臨時(shí)對象都是const類(lèi)型的。因此上面的表達式就是試圖將一個(gè)const類(lèi)型的對象轉換為非const類(lèi)型，這是非法的。
引用型參數應該在能被定義為const的情況下，盡量定義為const 。
3、引用作為返回值
要以引用返回函數值，則函數定義時(shí)要按以下格式：
類(lèi)型標識符 &函數名（形參列表及類(lèi)型說(shuō)明）
{函數體}
說(shuō)明：
（1）以引用返回函數值，定義函數時(shí)需要在函數名前加&
（2）用引用
返回一個(gè)函數值的最大好處是，在內存中不產(chǎn)生被返回值的副本。
【例5】以下程序中定義了一個(gè)普通的函數fn1（它用返回值的方法返回函數值），另外一個(gè)函數fn2，它以引用的方法返回函數值。
#include <iostream.h>
float temp; //定義全局變量temp
float fn1(float r); //聲明函數fn1
float &fn2(float r); //聲明函數fn2
float fn1(float r) //定義函數fn1，它以返回值的方法返回函數值
{
temp=(float)(r*r*3.14);
return temp;
}
float &fn2(float r) //定義函數fn2，它以引用方式返回函數值
{
temp=(float)(r*r*3.14);
return temp;
}
void main() //主函數
{
float a=fn1(10.0); //第1種情況，系統生成要返回值的副本（即臨時(shí)變量）
float &b=fn1(10.0); //第2種情況，可能會(huì )出錯（不同 C++系統有不同規定）
//不能從被調函數中返回一個(gè)臨時(shí)變量或局部變量的引用
float c=fn2(10.0); //第3種情況，系統不生成返回值的副本
//可以從被調函數中返回一個(gè)全局變量的引用
float &d=fn2(10.0); //第4種情況，系統不生成返回值的副本
//可以從被調函數中返回一個(gè)全局變量的引用
cout<<a<<c<<d;
}
引用作為返回值，必須遵守以下規則：
（1）不能返回局部變量的引用。這條可以參照Effective C++[1]的Item 31。主要原因是局部變量會(huì )在函數返回后被銷(xiāo)毀，因此被返回的引用就成為了"無(wú)所指"的引用，程序會(huì )進(jìn)入未知狀態(tài)。
（2）不能返回函數內部new分配的內存的引用。這條可以參照Effective C++[1]的Item 31。雖然不存在局部變量的被動(dòng)銷(xiāo)毀問(wèn)題，可對于這種情況（返回函數內部new分配內存的引用），又面臨其它尷尬局面。例如，被函數返回的引用只是作為一個(gè)臨時(shí)變量出現，而沒(méi)有被賦予一個(gè)實(shí)際的變量，那么這個(gè)引用所指向的空間（由new分配）就無(wú)法釋放，造成memory leak。
（3）可以返回類(lèi)成員的引用，但最好是const。這條原則可以參照Effective C++[1]的Item 30。主要原因是當對象的屬性是與某種業(yè)務(wù)規則（business rule）相關(guān)聯(lián)的時(shí)候，其賦值常常與某些其它屬性或者對象的狀態(tài)有關(guān)，因此有必要將賦值操作封裝在一個(gè)業(yè)務(wù)規則當中。如果其它對象可以獲得該屬性的非常量引用（或指針），那么對該屬性的單純賦值就會(huì )破壞業(yè)務(wù)規則的完整性。
（4）引用與一些操作符的重載：
流操作符<<和>>，這兩個(gè)操作符常常希望被連續使用，例如：cout << "hello" << endl; 因此這兩個(gè)操作符的返回值應該是一個(gè)仍然支持這兩個(gè)操作符的流引用?？蛇x的其它方案包括：返回一個(gè)流對象和返回一個(gè)流對象指針。但是對于返回一個(gè)流對象，程序必須重新（拷貝）構造一個(gè)新的流對象，也就是說(shuō)，連續的兩個(gè)<<操作符實(shí)際上是針對不同對象的！這無(wú)法讓人接受。對于返回一個(gè)流指針則不能連續使用<<操作符。因此，返回一個(gè)流對象引用是惟一選擇。這個(gè)唯一選擇很關(guān)鍵，它說(shuō)明了引用的重要性以及無(wú)可替代性，也許這就是C++語(yǔ)言中引入引用這個(gè)概念的原因吧。 賦值操作符=。這個(gè)操作符象流操作符一樣，是可以連續使用的，例如：x = j = 10;或者(x=10)=100;賦值操作符的返回值必須是一個(gè)左值，以便可以被繼續賦值。因此引用成了這個(gè)操作符的惟一返回值選擇。
【例6】 測試用返回引用的函數值作為賦值表達式的左值。
#include <iostream.h>
int &put(int n);
int vals[10];
int error=-1;
void main()
{
put(0)=10; //以put(0)函數值作為左值，等價(jià)于vals[0]=10;
put(9)=20; //以put(9)函數值作為左值，等價(jià)于vals[9]=10;
cout<<vals[0];
cout<<vals[9];
}
int &put(int n)
{
if (n>=0 && n<=9 ) return vals[n];
else { cout<<"subscript error"; return error; }
}
（5）在另外的一些操作符中，卻千萬(wàn)不能返回引用：+-*/ 四則運算符。它們不能返回引用，Effective C++[1]的Item23詳細的討論了這個(gè)問(wèn)題。主要原因是這四個(gè)操作符沒(méi)有side effect，因此，它們必須構造一個(gè)對象作為返回值，可選的方案包括：返回一個(gè)對象、返回一個(gè)局部變量的引用，返回一個(gè)new分配的對象的引用、返回一個(gè)靜態(tài)對象引用。根據前面提到的引用作為返回值的三個(gè)規則，第2、3兩個(gè)方案都被否決了。靜態(tài)對象的引用又因為((a+b) == (c+d))會(huì )永遠為true而導致錯誤。所以可選的只剩下返回一個(gè)對象了。
4、引用和多態(tài)
引用是除指針外另一個(gè)可以產(chǎn)生多態(tài)效果的手段。這意味著(zhù)，一個(gè)基類(lèi)的引用可以指向它的派生類(lèi)實(shí)例。
【例7】：
class A;
class B：public A{……};
B b;
A &Ref = b; // 用派生類(lèi)對象初始化基類(lèi)對象的引用
Ref 只能用來(lái)訪(fǎng)問(wèn)派生類(lèi)對象中從基類(lèi)繼承下來(lái)的成員，是基類(lèi)引用指向派生類(lèi)。如果A類(lèi)中定義有虛函數，并且在B類(lèi)中重寫(xiě)了這個(gè)虛函數，就可以通過(guò)Ref產(chǎn)生多態(tài)效果。
引用總結
（1）在引用的使用中，單純給某個(gè)變量取個(gè)別名是毫無(wú)意義的，引用的目的主要用于在函數參數傳遞中，解決大塊數據或對象的傳遞效率和空間不如意的問(wèn)題。
（2）用引用傳遞函數的參數，能保證參數傳遞中不產(chǎn)生副本，提高傳遞的效率，且通過(guò)const的使用，保證了引用傳遞的安全性。
（3）引用與指針的區別是，指針通過(guò)某個(gè)指針變量指向一個(gè)對象后，對它所指向的變量間接操作。程序中使用指針，程序的可讀性差；而引用本身就是目標變量的別名，對引用的操作就是對目標變量的操作。
（4）使用引用的時(shí)機。流操作符<<和>>、賦值操作符=的返回值、拷貝構造函數的參數、賦值操作符=的參數、其它情況都推薦使用引用。
本站僅提供存儲服務(wù)，所有內容均由用戶(hù)發(fā)布，如發(fā)現有害或侵權內容，請
點(diǎn)擊舉報。
