C++之引用

 引用在C++中是一个比较特殊的概念，有着许多特殊的应用。

一、简介及定义

引用就是某个变量的别名，对引用的使用就是对该变量的使用（需要深刻理解）

声明：类型名& 变量名 = 变量名；//引用在声明时就要初始化，并且在之后都不能再引用其他变量。

【例1】int a; int& ra = a;//定义引用ra，它是变量a的引用，对ra的使用就是对直接对a的使用。

补充说明：

a、声明引用时，必须同时对其初始化，之后都不能对其修改引用对象。

b、声明一个引用，不是新定义了一个变量，只表示该引用是目标变量的一个别名，它本身不是一种数据类型。

      因此，引用不占用存储单元，系统也不会给引用再分配存储单元。所以，对引用求地址就是对目标变量求地址：&a == &ra；返回true；

c、不能对数组进行引用。

二、引用的应用

1、作为函数参数

函数参数传递有三种形式：值传递，指针传递和引用传递。值传递和指针传递时，形参都是临时变量，是实参的一个副本，即实参和形参不是同一个存储地址。如果有大块数据作为参数的时候，一般用指针和引用作为形参，这样可以提高程序的效率。

引用作为形参有以下特点：

a、传递引用与传递指针效果一样的，形参看作是实参的一个别名来使用，对形参的操作就是对实参的操作。

b、使用引用传递，并没有在内存中产生一个实参的副本，它是直接对实参进行操作。而使用一般变量作为传递参数时，在函数调用的时候，需要给形参变量分配空间，形参实际就是实参的一个副本，如果传递的是对象，还将调用拷贝构造函数。因此，当参数传递的数据较大时，使用引用传递具有更好的效率。

c、使用指针作为参数也能达到与引用作为参数相同的效果。但是用指针传递时，在被调函数中，同样需要给形参分配空间。

 

2、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（形参列表及类型说明）
{函数体}

　　说明：

　　（1）以引用返回函数值，定义函数时需要在函数名前加&

　　（2）用引用返回一个函数值的最大好处是，在内存中不产生被返回值的副本。

　　【例2】以下程序中定义了一个普通的函数fn1（它用返回值的方法返回函数值），另外一个函数fn2，它以引用的方法返回函数值。

#include <iostream.h>
float temp; //定义全局变量temp
float fn1(float r); //声明函数fn1
float &fn2(float r); //声明函数fn2
float fn1(float r) //定义函数fn1，它以返回值的方法返回函数值
{ 
　temp=(float)(r*r*3.14); 
　return temp; 
}
float &fn2(float r) //定义函数fn2，它以引用方式返回函数值
{ 
　temp=(float)(r*r*3.14); 
　return temp;
}
void main() //主函数
{ 
　float a=fn1(10.0); //第1种情况，系统生成要返回值的副本（即临时变量）
　float &b=fn1(10.0); //第2种情况，可能会出错（不同 C++系统有不同规定）
　//不能从被调函数中返回一个临时变量或局部变量的引用
　float c=fn2(10.0); //第3种情况，系统不生成返回值的副本
　//可以从被调函数中返回一个全局变量的引用
　float &d=fn2(10.0); //第4种情况，系统不生成返回值的副本
　//可以从被调函数中返回一个全局变量的引用
　cout<<a<<c<<d;
}

 

　引用作为返回值，必须遵守以下规则：

　　（1）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被销毁，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。

　　（2）不能返回函数内部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（返回函数内部new分配内存的引用），又面临其它尴尬局面。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。

　　（3）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（business rule）相关联的时候，其赋值常常与某些其它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当中。如果其它对象可以获得该属性的非常量引用（或指针），那么对该属性的单纯赋值就会破坏业务规则的完整性。

　　（4）引用与一些操作符的重载：

　　流操作符<<和>>，这两个操作符常常希望被连续使用，例如：cout << "hello" << endl;　因此这两个操作符的返回值应该是一个仍然支持这两个操作符的流引用。可选的其它方案包括：返回一个流对象和返回一个流对象指针。但是对于返回一个流对象，程序必须重新（拷贝）构造一个新的流对象，也就是说，连续的两个<<操作符实际上是针对不同对象的！这无法让人接受。对于返回一个流指针则不能连续使用<<操作符。因此，返回一个流对象引用是惟一选择。这个唯一选择很关键，它说明了引用的重要性以及无可替代性，也许这就是C++语言中引入引用这个概念的原因吧。赋值操作符=。这个操作符象流操作符一样，是可以连续使用的，例如：x = j = 10;或者(x=10)=100;赋值操作符的返回值必须是一个左值，以便可以被继续赋值。因此引用成了这个操作符的惟一返回值选择。

　　【例3】 测试用返回引用的函数值作为赋值表达式的左值。

#include <iostream.h>
int &put(int n);
int vals[10];
int error=-1;
void main()
{
put(0)=10; //以put(0)函数值作为左值，等价于vals[0]=10; 
put(9)=20; //以put(9)函数值作为左值，等价于vals[9]=20; 
cout<<vals[0]; 
cout<<vals[9];
} 
int &put(int n)
{
if (n>=0 && n<=9 ) return vals[n]; 
else { cout<<"subscript error"; return error; }
}

（5）在另外的一些操作符中，却千万不能返回引用：+-*/ 四则运算符。它们不能返回引用。主要原因是这四个操作符没有side effect，因此，它们必须构造一个对象作为返回值，可选的方案包括：返回一个对象、返回一个局部变量的引用，返回一个new分配的对象的引用、返回一个静态对象引用。根据前面提到的引用作为返回值的三个规则，第2、3两个方案都被否决了。静态对象的引用又因为((a+b) == (c+d))会永远为true而导致错误。所以可选的只剩下返回一个对象了。

 

　4、引用和多态

　　引用是除指针外另一个可以产生多态效果的手段。这意味着，一个基类的引用可以指向它的派生类实例。

　　【例4】：

class 　A;
class 　B：public A{……};
B 　b;
A 　&Ref = b; // 用派生类对象初始化基类对象的引用

Ref 只能用来访问派生类对象中从基类继承下来的成员，是基类引用指向派生类。如果A类中定义有虚函数，并且在B类中重写了这个虚函数，就可以通过Ref产生多态效果。

 

三、引用总结

　　（1）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在函数参数传递中，解决大块数据或对象的传递效率和空间不如意的问题。

　　（2）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。

　　（3）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，程序的可读性差；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。

　　（4）使用引用的时机。流操作符<<和>>、赋值操作符=的返回值、拷贝构造函数的参数、赋值操作符=的参数、其它情况都推荐使用引用。