C++的引用类型

 

c++比起c来除了多了类类型外还多出一种类型：引用。这个东西变量不象变
量，指针不象指针，我以前对它不太懂，看程序时碰到引用都稀里糊涂蒙过去。
最近把引用好好地揣摩了一番，小有收获，特公之于社区，让初学者们共享。
    引用指的是对一个对象的引用。那么什么是对象？在c++中狭义的对象指的是
用类，结构，联合等复杂数据类型来声明的变量，如 MyClass myclass，CDialo
g  mydlg，等等。广义的对象还包括用int，char，float等简单类型声明的变量
，如int a，char b等等。我在下文提到“对象”一词全指的是广义的对象。c++
的初学者们把这个广义对象的概念建立起来，对看参考书是很有帮助的，因为大
多数书上只顾用“对象”这个词，对于这个词还有广义和狭义两种概念却只字不
提。

一。引用的基本特性

    首先让我们声明一个引用并使用它来初步认识引用。
例一：
       1。     int v,k,h；
       2。     int &rv=v;
       3。     rv=3;      //此时v的值也同时变成了3。
       4。     v=5;
       5。     k=rv+2;    //此时k=5+2=7。
       6。     h=12;
       7。     rv=h;
       8。     rv=20;
    第1句声明了三个对象（简单变量）。
    第2句的意思是：声明了一个引用，名字叫rv，它具有int类型，或者说它是
对int类型的引用，而且它被初始化为与int类型的对象v“绑定”在一起。此时r
v叫做对象v的引用。
    第3句把rv的值赋为3。引用的神奇之处就在这里，改变引用的值的同时也改
变了和引用所绑定在一起的对象的值。所以此时v的值也变成了3。
    第4句把v的值改为5，此时指向v的引用的值也被改成了5。所以第5句的中k的
值是5+2等于7。

    上述5句说明了引用及其绑定的对象的关系：在数值上它们是联动的，改变你
也就改变了我，改变我也就改变了你。事实上，访问对象和访问对象的引用，就
是访问同一块内存区域。

    第6，7，8三句说明了引用的另一个特性：从一而终。什么意思？当你在引用
的声明语句里把一个引用绑定到某个对象后，这个引用就永远只能和这个对象绑
定在一起了，没法改了。所以这也是我用了“绑定”一词的原因。而指针不一样
。当在指针的声明语句里把指针初始化为指向某个对象后，这个指针在将来如有
需要还可以改指别的对象。因此，在第7句里把rv赋值为h，并不意味着这个引用
rv被重新绑定到了h。事实上，第7句只是一条简单的赋值语句，执行完后，rv和
v的值都变成了12。第8句执行完后，rv和v的值都是20，而h保持12不变。

    引用还有一个特性：声明时必须初始化，既必须指明把引用绑定到什么对象
上。大家知道指针在声明时可以先不初始化，引用不行。所以下列语句将无法通
过编译：
              int v;
              int &rv;
              rv=v;

    再举一例：
例二：
          class MyClass
          {
              public:
                  int a;
                  ...
                  ...
          };
          
          MyClass  myclass;
          Myclass& cc=myclass;
          myclass.a=20;          //等价于cc.a=20
          cc.a=60;               //等价于myclass.a=60

    从以上例子可以看到，无论这个对象有多复杂，使用该对象的引用或是使用
该对象本身，在语法格式上是一样的，在本质上我们都使用了内存中的同一块区
域。
    取一个引用的地址和取一个对象的地址的语法是一样的，都是用取地址操作
符"&"。例如：
          int i;
          int &ri;
          int *pi=&ri;//这句的作用和int *pi=&i是一样的。
    当然了，取一个对象的地址和取这个对象的引用的地址，所得结果是一样的
。

二。引用在函数参数传递中的作用

    现在让我们通过函数参数的传递机制来进一步认识引用。在c++中给一个函数
传递参数有三种方法：1，传递对象本身。2，传递指向对象的指针。3，传递对象
的引用。
例三：
          class MyClass
          {
              public:
                  int a;
                  void method();
          };
          
          MyClass  myclass;
          
          void fun1(MyClass);
          void fun2(MyClass*);
          void fun3(MyClass&);

          fun1(myclass);     //执行完函数调用后，myclass.a=20不变。
          fun2(&myclass);    //执行完函数调用后，myclass.a=60，改变了。

          fun3(myclass);     //执行完函数调用后，myclass.a=80，改变了。

          //注意fun1和fun3的实参，再次证明了：使用对象和使用对象的引用
，在语法格式上是一样的。

          void fun1(MyClass mc)
          {
                mc.a=40;
                mc.method();
          }

          void fun2(MyClass* mc)
          {
                mc->a=60;
                mc->method();
          }

          void fun3(MyClass& mc)
          {
                mc.a=80;
                mc.method();
          }
    我们有了一个MyClass类型的对象myclass和三个函数fun1,fun2,fun3,这三个
函数分别要求以对象本身为参数；以指向对象的指针为参数；以对象的引用为参
数。

    请看fun1函数，它使用对象本身作为参数，这种传递参数的方式叫传值方式
。c++将生成myclass对象的一个拷贝，把这个拷贝传递给fun1函数。在fun1函数
内部修改了mc的成员变量a，实际上是修改这个拷贝的成员变量a，丝毫影响不到
作为实参的myclass的成员变量a。
    fun2函数使用指向MyClass类型的指针作为参数。在这个函数内部修改了mc所
指向的对象的成员变量a，这实际上修改的是myclass对象的成员变量a。
    fun3使用myclass对象的引用作为参数，这叫传引用方式。在函数内部修改了
mc的成员变量a，由于前面说过，访问一个对象和访问该对象的引用，实际上是访
问同一块内存区域，因此这将直接修改myclass的成员变量a。

    从fun1和fun3的函数体也可看出，使用对象和使用对象的引用，在语法格式
上是一样的。

    在fun1中c++将把实参的一个拷贝传递给形参。因此如果实参占内存很大，那
么在参数传递中的系统开销将很大。而在fun2和fun3中，无论是传递实参的指针
和实参的引用，都只传递实参的地址给形参，充其量也就是四个字节，系统开销
很小。



三。返回引用的函数

    引用还有一个很有用的特性：如果一个函数返回的是一个引用类型，那么该
函数可以被当作左值使用。什么是左值搞不懂先别管，只需了解：如果一个对象
或表达式可以放在赋值号的左边，那么这个对象和表达式就叫左值。
    举一个虽然无用但很说明问题的例子：
例四：
        1。     int i;
        2。     int& f1(int&);
        3。     int  f2(int);
        4。     f1(i)=3;
        5。     f2(i)=4;

                int& f1(int&i)
                {
                   return i;
                }
   
                int f2(int i)
                {
                   return i;
                }
    试试编译一下，你会发现第4句是对的，第5句是错的。对这个例子而言，i的
引用被传递给了f1，然后f1把这个引用原样返回，第4句的意义和i=3是一样的。

    查了查书，引用的这个特性在重载操作符时用得比较多。但是我对重载操作
符还是稀里糊涂，所以就举不出例子了。
    强调一个小问题，看看如下代码有何错误：

                int &f1();
                
                f1()=5;
                ...
                ...
                int &f1()
                {
                    int i;
                    int &ri=i;
                    return ri;
                }

    注意函数f1返回的引用ri是在函数体内声明的，一旦函数返回后，超出了函
数作用域，ri所指向的内存区域，即对象i所占据的内存区域就被收回了，再对这
片内存区域赋值会出错的。

四。引用的转换

    前面所举的例子，引用的类型都是int类型，并且这些引用都被初始化为绑定
到int类型的对象。那么我们设想是否可以声明一个引用，它具有int类型，却被
初始化绑定到一个float类型的对象？如下列代码所示：
               float f;
               int &rv=f;
    结果证明这样的转换不能通过msvc++6.0的编译。但是引用的转换并非完全不
可能，事实上一个基类类型的引用可以被初始化绑定到派生类对象，只要满足这
两个条件：1，指定的基类是可访问的。2，转换是无二义性的。举个例子：
例五：
          class A
          {
            public:
                int a;
          };
          class B:public A
          {
           public:
                int b;
          };
          A Oa;
          B Ob;
          A& mm=Ob;
          mm.a=3;

    我们有一个基类A和派生类B，并且有一个基类对象Oa和派生类对象Ob，我们
还声明了一个引用mm，它具有基类类型但被绑定到派生类对象Ob上。由于我们的
这两个类都很简单，满足那两个条件，因此这段代码是合法的。在这个例子中，
mm和派生类Ob中的基类子对象是共用一段内存单元的。所以，语句mm.a=3相当于
Ob.a=3，但是表达式mm.b却是不合法的，因为基类子对象并不包括派生类的成员
。


五。总结

    最后把引用给总结一下：
1。对象和对象的引用在某种意义上是一个东西，访问对象和访问对象的引用其实
访问的是同一块内存区。
2。使用对象和使用对象的引用在语法格式上是一样的。
3。引用必须初始化。
4。引用在初始化中被绑定到某个对象上后，将只能永远绑定这个对象。
5。基类类型的引用可以被绑定到该基类的派生类对象，只要基类和派生类满足上
文提到的两个条件   。这时， 该引用其实是派生类对象中的基类子对象的引用
。
6。用传递引用的方式给函数传递一个对象的引用时，只传递了该对象的地址，系
统消耗较小。在函数体内访问    形参，实际是访问了这个作为实参的对象。
7。一个函数如果返回引用，那么函数调用表达式可以作为左值。



六。其他
1。本文中的代码在msvc++6.0中调试验证过。
2。第四节“引用的转换”中的例子：
               float f;
               int &rv=f;
   查看bc++3.1的资料，据说是合法的。此时编译器生成了一个float类型的临时
对象，引用rv被绑定到了这个临时对象上，就是说，此时rv并不是f的引用。不知
道bc++3.1里的这个特性有什么用。
3。可以在msvc++6.0里声明这样的引用：
               const int &rv=3;
   此时rv的值就是3，而且无法更改。这可能没有有什么用。因为如果我们要使
用一个符号来代表常数的话，有的是更常见的方法：
               #define rv 3
4。把第四节中的例子稍稍修改一下：
               float f;
               int &rv=(int&)f;
   这时就可以通过msvc++6.0的编译了。此时rv被绑定到了f上，rv和f共用一片
存储区。不过由于引用rv的类型是int，所以通过rv去访问这片存储区时，存储区
的内容被解释为整数；通过f去访问这片存储区时，存储区的内容被解释为实数。