引用: 就是某一变量(目标)的一个别名, 对引用的操作与对变量直接操作完全一样. 并不会为引用在内存中分配内存. 引用的地址与变量的地址是一致的.
1. 引用的定义
- 类型标识符 &引用名=目标变量名；
int a = 10;
int &b = a;
-
&在此不是求地址运算符，而是起标识作用。 - 声明引用时，必须同时对其进行初始化
- 类型标识符是指目标变量的类型.
- 引用声明完毕后，相当于目标变量有两个名称即该目标原名称和引用名，且不能再把该引用名作为其他变量名的别名.
- 声明一个引用，不是新定义了一个变量，它只表示该引用名是目标变量名的一个别名，它本身不是一种数据类型，因此引用本身不占存储单元，系统也不给引用分配存储单元。故：对引用求地址，就是对目标变量求地址。&b与&a相等
- 不能建立数组的引用。因为数组是一个由若干个元素所组成的集合，所以无法建立一个数组的别名.
2. 引用的使用场景
引用的一个重要作用就是作为函数的参数, 在C语言中, 函数参数的传递是值传递, 如果有大数据作为参数传递时, 采用的方案是指针, 这样可以避免将整块数据全部压栈, 可以提高效率. 但是在C++中, 可以使用引用来达到相同的效率.
例: 在C中, 将两个数进行交换, 需要传递地址. 如下所示
//引用的用处1
//在传统的交换值的过程中, 需要将地址传递到函数中例如.
void swap1(int* a, int* b) {
int temp = *a;
*a = *b;
*b = temp;
}
int main() {
int a = 10;
int b = 20;
cout<<"a="<<a<<",b="<<b<<endl;
swap1(&a, &b);
cout<<"a="<<a<<",b="<<b<<endl;
return 0;
}
输出内容
a=10,b=20
a=20,b=10
那么使用引用也能达到一样的效果.代码如下
void swap2(int &a, int &b) {
int temp = a;
a = b;
b = temp;
}
int main() {
int a = 10;
int b = 20;
cout<<"a="<<a<<",b="<<b<<endl;
swap2(a, b);
cout<<"a="<<a<<",b="<<b<<endl;
return 0;
}
输出结果与上面一致. 所以 传递引用给函数和传递指针给函数的效果是一样的.
这时, 被调用函数的形参就成为原来主函数中实参变量或对象的一个别名来使用. 所以在被调用函数中对形参变量的操作就是对其相应的目标对象操作.
使用引用传递函数的参数, 在内存中并没有产生实参的副本, 它是直接对实参进行操作. 而一般变量传递函数的参数, 当发生函数调用时, 需要给形参分配内存空间. 如果传递的是对象, 还需要将调用拷贝构造函数. 因此,当参数传递的数据较大时, 用引用比一般变量传递参数的效率和所占空间都较好.
使用指针作为函数的参数, 虽然能达到同样的效果, 但是在被调用函数中同样要给形参分配内存, 且需要重复使用 * 指针变量名的形式进行运算, 容易产生错误, 可读性差. 引用就较为清晰.
3. 常引用
如果要利用引用提高程序的效率, 又要保护传递给函数的数据不再函数内被改变, 那么就要使用到常引用了.
常引用的声明方式为: const 类型标识符 & 引用名 = 目标变量名
用这种方式声明的引用, 不能通过引用对目标变量的值进行修改, 从而使引用的目标成为const, 达到了引用的安全性.
例1:
void main(){
int a=1;
int &b=a;
b=2;
cout<<"a="<<a<<endl;//2
int c=1;
const int &d=c;
// d=2;//编译错误 error C2166: l-value specifies const object
c=2;//正确
11 }
例2:
有以下两个函数声明
string foo();
void bar(string &s);
那么下面的两个表达式是错误的.
bar(fool());
bar("hello");
原因在于传入的foo() 和 hello 都会产生一个临时对象, 而在C++中, 临时对象都是 const 类型的. 因此上面的表达式就是试图将一个 const类型的对象转换为非 const类型.
注意: 引用型参数应该在能被定义为 const 的情况下, 尽量定义为 const
4. 引用作为返回值.
要以引用返回函数值, 则函数定义时要按以下格式.
类型标识符 &函数名(形参及类型说明) { 函数体 }
- 以引用返回函数值, 定义函数时, 需要在函数名前面加
& - 用引用返回一个函数值的最大好处是, 在内存中不会产生被返回值的副本.
例:
#include <iostream>
using namespace std;
int func1(int a) {
int temp = a * a * 10;
return temp;
}
int temp;
int & func2(int a) {
temp = a * a * 20;
//直接返回temp, 等价与
//int &b = temp;
//return b;
return temp;
}
int main() {
//第一种情况, 系统会生成要返回值的副本,即临时变量.
int r1 = func1(2);
cout << "r1=" << r1 << endl;
//情况2, 系统不会产生返回值的副本
int r2 = func2(5);
cout << "r2=" << r2 << endl;
return 0;
}
引用作为返回值, 必须遵守以下规则.
- 不能返回局部变量的引用. 主要原因是局部变量会在函数返回后小会, 因此, 被返回的引用就成为了 "无所指" 的引用. 程序会进入未知状态.
-
不能返回函数内部使用new分配的内存的引用. 虽然不存在局部变量的被动销毁问题, 可对于这种情况, 会面临其他尴尬的局面. 例如被函数返回的引用只是作为一个临时变量出现, 而没有被赋予一个实际的变量, 那么这个引用所指向的空间(由new分配)就无法释放, 造成
memory leak. - 可以返回类成员的引用, 但最好是 const. 主要原因是当对象的属性是与某种业务规则相关联的时候, 其赋值常常与某些其他属性或者对象的状态有关, 因此有必要将赋值操作封装在一个业务规则中. 如果其他对象可以获得该属性的非常量引用/或指针, 那么该属性的单纯赋值就会破坏业务规则的完整性.
总结
- 在引用的使用中, 单纯给某个变量取个别名是毫无意义的, 引用的目的主要用于函数参数传递中, 解决大块数据或对象的传递效率和空间不如意的问题.
- 用引用传递函数的参数, 能保证参数传递中不产生副本, 提高传递的效率, 且通过 const 的使用, 保证了引用传递的安全性
- 引用与指针的区别是,指针通过某个指针变量指向一个对象后, 对它所指向的变量间接操作, 程序中使用指针, 可读性差. 而引用本身就是目标变量的别名, 对引用的操作就是对目标变量的操作.
