2、不一样的C++系列--C++中的引用

来源:互联网 发布:简单编程软件 编辑:程序博客网 时间:2024/02/24 04:21

C++中的引用

  • 在C++中新增加了引用的概念
    • 引用可以看做是一个已定义变量的别名
    • 引用的语法: Type& name = var;
    int a = 4;    int& b = a;   //b为a的别名    b = 5;    //操作b就是操作a

tip:普通引用在定义时必须用同类型的变量进行初始化。

引用的意义

  • 引用作为变量别名而存在,因为在一些场合可以代替指针
  • 引用相对于指针来说具有更好的可读性和实用性

举个栗子:

swap函数的实现对比:

void swap(int& a, int& b){    int t = a;    a = b;    b = t;}
void swap(int* a, int* b){    int t = *a;    *a = *b;    *b = t;}

特殊的引用

  • const引用
    • 在c++中可以声明const引用
    • const Type& name = var;
    • const 引用让变量拥有只读属性
    int a = 4;    const int& b = a;    int* p = (int*) &b;    b = 5;  //error, 只读变量    *p = 5; // OK,修改变量a的值
  • 当时会用常量对const引用进行初始化时,c++编译器会为常量值分配空间,并将引用名作为这段空间的别名
    const int& b = 1;  //ok    int* p = (int*) &b;    b = 5;   // error, 只读变量    *p = 5;  // ok, 修改变量a 的值

使用常量对const引用初始化后将生成一个只读变量!

举个栗子:

#include <stdio.h>void Example(){    printf("Example:\n");    int a = 4;    const int& b = a;    int* p = (int*)&b;    //b = 5;    *p = 5;    printf("a = %d\n", a);    printf("b = %d\n", b);}void Demo(){    printf("Demo:\n");    const int& c = 1;    int* p = (int*)&c;    //c = 5;    *p = 5;    printf("c = %d\n", c);}int main(int argc, char *argv[]){    Example();    printf("\n");    Demo();    return 0;}

上述代码运行效果如下:

Example:a = 5b = 5Demo:c = 5

在Example函数中, b=5 是编译不通过的,因为它使用const修饰了 引用 b,拥有只读属性后不能更改。但是使用指针指向的时候,可以直接在运行期把它的值替换掉。

在Demo函数中,同样 c=5 是编译不通过的,因为它使用常量赋值,所以变成一个只读变量,不能直接修改,只能通过指针指向的时候在运行期修改。

引用的本质

首先上一段代码:

#include <stdio.h>struct TRef{    char& r;};int main(int argc, char *argv[]){     char c = 'c';    char& rc = c;    TRef ref = { c };    printf("sizeof(char&) = %d\n", sizeof(char&));    printf("sizeof(rc) = %d\n", sizeof(rc));    printf("sizeof(TRef) = %d\n", sizeof(TRef));    printf("sizeof(ref.r) = %d\n", sizeof(ref.r));    return 0;}

上述代码运行输出为:

    sizeof(char&) = 1    sizeof(rc) = 1    sizeof(TRef) = 8    sizeof(ref.r) = 1

首先看第一个 sizeof(char&) ,因为char & 是一个char类型的变量,所以内存大小为1; sizeof(rc) 同理,也是1; sizeof(ref.r) 中ref.r和刚才的两个同理,所以也是1;最后就说到 sizeof(TRef) 因为TRef里就包含了一个引用,所以输出8(32位系统下输出4),那就说明引用占8字节。

开始正题!

  • 引用在c++中的内部实现是一个指针常量
  • Type& name; <==> Type* const name;
  • c++编译器在编译过程中用指针常量作为引用的内部实现,因此引用所占用的空间大小与指针相同
  • 从使用的角度,引用只是一个别名, c++为了实用性而隐藏了引用的储存空间这一细节。

这里注意下:
int * const a 因为const 修饰的是a,a是一个指针,所以修饰后a为指针常量;
const int * a 因为const 修饰的是一个int类型的变量,所以修饰后a为常量指针

再举个栗子:

#include <stdio.h>struct TRef{    char* before;    char& ref;    char* after;};int main(int argc, char* argv[]){    char a = 'a';    char& b = a;    char c = 'c';    TRef r = {&a, b, &c};    printf("sizeof(r) = %d\n", sizeof(r));    printf("sizeof(r.before) = %d\n", sizeof(r.before));    printf("sizeof(r.after) = %d\n", sizeof(r.after));    printf("&r.before = %p\n", &r.before);    printf("&r.after = %p\n", &r.after);    return 0;}

运行结果为:

    sizeof(r) = 24    sizeof(r.before) = 8    sizeof(r.after) = 8    &r.before = 0x7fff57b75b00    &r.after = 0x7fff57b75b10

从结果就可以看出 char & 和指针一样,占用8个字节(32位系统下占4个字节)。

引用的意义

  • c++中的引用旨在大多数的情况下代替指针
    • 功能性: 可以满足多数需要使用指针的场合
    • 安全性:可以避开由于指针操作不当而带来的内存错误
    • 操作性:简单易用,又不失功能强大

依然举栗子:

#include <stdio.h>int& demo(){    int d = 0;    printf("demo: d = %d\n", d);    return d;}int& func(){    static int s = 0;    printf("func: s = %d\n", s);    return s;}int main(int argc, char* argv[]){    int& rd = demo();    int& rs = func();    printf("\n");    printf("main: rd = %d\n", rd);    printf("main: rs = %d\n", rs);    printf("\n");    rd = 10;    rs = 11;    demo();    func();    printf("\n");    printf("main: rd = %d\n", rd);    printf("main: rs = %d\n", rs);    printf("\n");    return 0;}

编译时报了一个警告:

warning: reference to stack memory associated with local variable      'd' returned [-Wreturn-stack-address]    return d;           ^1 warning generated.

意思是说不能返回一个局部变量的引用。

输出结果为:

demo: d = 0func: s = 0main: rd = 0main: rs = 0demo: d = 0func: s = 11main: rd = 0main: rs = 11

因为demo函数返回了一个局部变量的引用,相当于是一个野指针,所以直接输出0.之后对它的所有操作都无效,都为0; func函数中使用static修饰后,变为全局变量,所以可以返回它的引用,在main函数中对引用的所有操作就都有效。

小结

  • 引用作为变量别名而存在旨在代替指针
  • const引用可以使得变量具有只读属性
  • 引用在编译器内部使用指针常量实现
  • 引用的最终本质为指针
  • 引用可以尽可能的避开内存错误
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