C++漫談引用

C++漫談引用

（一）引用的概念

引用是c++的新特性，其本質是一個指針常量，實際是某一變量的別名，對引用操作相當於對變量直接操作。

引用的聲明方法：類型標識符 &引用名=目標變量名

例如：

int a = 5;
int& a_ = a;

使用引用的注意點：

（1）&在此不是求地址運算符，而是起標識作用。

（2）類型標識符是指目標變量的類型。

（3）聲明引用時，必須同時對其進行初始化。

（4）引用聲明完畢後，相當於目標變量有兩個名稱即該目標原名稱和引用名，且不能再把該引用名作爲其他變量名的別名。

（5）聲明一個引用，不是新定義了一個變量，它只表示該引用名是目標變量名的一個別名，它本身不是一種數據類型，因此引用本身不佔存儲單元，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。&a_與&a相等。

（6）不能建立數組的引用。因爲數組是一個由若干個元素所組成的集合，所以無法建立一個數組的別名。

（二）引用vs指針

1.不存在空引用。引用必須連接到一塊合法的內存。
2.一旦引用被初始化爲一個對象，就不能被指向到另一個對象。指針可以指向另一個對象。
3.引用必須在創建時被初始化。指針可以在任何時間被初始化。

（三）引用的應用

1.引用的一個重要作用就是作爲函數的參數。

以前的C語言中函數參數傳遞是值傳遞，如果有大塊數據作爲參數傳遞的時候，採用的方案往往是指針，因爲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。

下面我們先看一個例子：

#include <iostream>
using namespace std;
 
void swap(int& x, int& y);
 
int main (){
   int a = 100;
   int b = 200;
 
   cout << "交換前，a 的值：" << a << endl;
   cout << "交換前，b 的值：" << b << endl;
 
   swap(a, b);
 
   cout << "交換後，a 的值：" << a << endl;
   cout << "交換後，b 的值：" << b << endl;
 
   return 0;
}
 
void swap(int& x, int& y){
   int temp;
   temp = x; 
   x = y; 
   y = temp; 
}

問題來了，我們爲什麼要把引用作爲函數參數？

調用函數時實參傳給形參的是變量的值，傳遞是單向的。如果在執行函數期間形參的值發生變化，並不傳回給實參。因爲在調用函數時，形參和實參不是同一個存儲單元。C++提供了 傳遞變量的引用。形參是引用變量，和實參是一個變量，調用函數時，形參(引用變量)指向實參變量單元。這種通過形參引用可以改變實參的值。

事實上，如果不想用引用，也可以通過傳遞變量的指針來完成相同的任務。形參是指針變量，實參是一個變量的地址，調用函數時，形參(指針變量)指向實參變量單元。這種通過形參指針可以改變實參的值。

如果對指針有什麼不理解的可以看這篇文章：

C++漫談指針

下面我們將普通參數、指針和引用放在一起看看：

普通：

#include <iostream>
using namespace std;

void swap(int m, int n) {
	int temp; 
	temp = m;
	m = n;
	n = temp;
}

int main() {
	int a = 1;
	int b = 2;
	swap(a, b);
	cout << a << endl << b << endl;
}

指針：

#include <iostream>
using namespace std;

void swap(int* m, int* n) {
	int temp; 
	temp = *m;
	*m = *n;
	*n = temp;
}

int main() {
	int a = 1;
	int b = 2;
	swap(&a, &b);
	cout << a << endl << b << endl;
}

引用：

#include <iostream>
using namespace std;

void swap(int &m, int &n) {
	int temp;
	temp = m;
	m = n;
	n = temp;
}

int main() {
	int a = 1;
	int b = 2;
	swap(a, b);
	cout << a << endl << b << endl;
}

由此可見，不使用指針或者引用無法完成兩個變量的數值交換，也可以看出指針和引用在功能上的相似。不過考慮到代碼的複雜度和指針的危險性，c++還是更加推薦我們使用引用作爲函數參數，而不是指針。

2.引用還可以作爲函數的返回值

用引用作函數的返回值的最大的好處是在內存中不產生返回值的副本，可以節約內存開銷。當返回的值不是引用型時，編譯器會專門給返回值分配出一塊內存。

一般全局變量、局部靜態變量、局部動態分配內存的變量可以使用引用作爲函數的返回值，但是局部變量能使用引用作爲返回值，因爲局部變量在函數調用完之後會自動銷燬內存，這個時候返回的引用就有會問題了，因爲此時對局部對象的引用就會指向不確定的內存。

比如看下面兩個例子：

int& abc(int a, int b, int c, int& result){
 	result = a * b * c;
  	return result;
}

int& abc(int a, int b, int c){
 	 return a * b * c;
}

很明顯下面一個是典型的反例，因爲return的臨時變量會在函數調用完成之後被釋放！

2019年4月8日