C++学习 九、引用

前言

本篇继续C++学习记录，引用。

引用变量

引用是C++与C的一大扩展。引用变量是已定义变量的别名。

创建引用变量

与其它变量不同，引用变量必须在声明的同时初始化，通过&标识，如下所示：

int a;
int& aa = a;

此时，&不再表示取地址，int&表示整型引用。

变量a与引用变量aa的值和地址是相同的。因此，修改a或者aa都会使对方出现相同的改变。

此外，引用变量初始化之后，就不能修改引用的“指向”了，这点和指针不同。

引用的本质

引用的本质，实际上是一个指针常量：

// 引用
int i;
int& ii = i;
// 实质
int* const pi = &i;

引用变量ii与*pi完全一致。

指针常量保存的地址不能被改变，这也就是创建引用变量后不能再修改“指向”的原因。

函数与引用

上篇函数内容中提到两种传参方法，也就是传值和传址。C++提供的第三种传参方法，就是传引用。

通过传引用，函数也可以像传址一样修改函数外部的变量。

引用参数

还是以经典的二值交换函数为例，通过引用参数：

void swap(int& a, int& b) {
	int temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}
void main(){
	int x = 1;
	int y = 2;
	swap(x, y);
}

调用函数时，swap函数内的引用a, b作为外部变量x, y的别名，函数内部a, b值交换，外部变量也将跟着交换。这一点从地址的角度来看更容易理解，因为a, b的地址与x, y相同。

引用的本质是指针常量，因此传参时也不会拷贝被引用者的完整数据。

注意：无论是引用变量，还是引用参数，非const引用类型必须一致。下面的程序将报错：

#include 
#include 

void swapr(double& a, double& b){
	double temp = a;
  	a = b;
  	b = temp;
}

int main()
{
  	using namespace std;
  	float x=1., y=2.;
  	swapr(x, y);
  	cout << x << ", ,"<< y <<endl;	
  
  	return 1;
}

error: cannot bind non-const lvalue reference of type 'double&' to an rvalue of type 'double'
    swapr(x, y);

如果引用变量类型与被引用的变量类型不同，C++会生成临时变量。

由于函数内部创建的变量在函数结束时销毁，修改临时变量是没有意义的，因此编译器认为非const引用参数生成的临时变量是没有意义的。这就是上面报错的原因。

有关const关键字的使用将在下篇C++学习中详细记录。

返回引用

函数常规返回的方式是按值返回，也就是函数把返回值复制到某个内存的某个临时位置，然后被程序访问，示例如下：

int func(int a){
	return a;
}
void main(){
	int x;
	int y = func(x);
}

上面的程序中，func1返回a时，在内存中临时创建了一个保存a值的空间，然后主程序从该临时空间里的值拷贝到变量y。

如果返回的是结构或者对象，那么函数把返回的结构或对象复制到内存中，然后再让程序来访问。这样就非常消耗时间和内存了。

返回引用则不会在内存中创建临时空间，而是直接将引用变量返回。返回引用的函数声明为TypeName& FuncName(ParamList)。示例如下：

int& func(int &a){
	return a;
}
void main(){
	int x;
	int y = func(x);
}

上面的程序中，func1直接返回引用变量a，主程序拷贝a的值。

注意：返回引用时，禁止返回局部变量，也就是说不能返回函数结束后被销毁的变量。指针同理。上面返回引用的函数中，参数列表也使用了引用参数，就是为了延长a的生命周期。

左值，右值，左值引用，右值引用

左值lvalue与右值rvalue

最简单的判断方法：能取址的是左值，不能取址的是右值。

也就是说，左值在内存空间中占据确定的位置，而右值则只是在计算过程中被临时创造，没有确定的内存空间，计算结束即销毁。

左值引用

一般而言，左值才能被引用。上面提到的引用都是左值引用。因此，不特殊声明时认为，引用就是左值引用。

左值引用：

float v;
float& lv = v;

右值引用

C++11中添加了右值引用，也就是可以引用右值，通过&&创建：

double&& j = 15. + .5;

右值引用被用于std::move()的实现，以后会学习到。

后记

引用的本质：指针常量。

使用引用参数的好处：

• 可以修改实参
• 省去拷贝数据的内存和时间，提升效率

因此，引用与指针一样，适合用作访问和修改大型数据。典型的例子是通过传指针在函数内修改数组，通过传引用在函数内修改结构和对象。