C++的引用类型详解

【 以下文字转载自 VBnBasic 讨论区 】
【 原文由 阿蓉 所发表 】


    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。