C++中引用的应用

C++引用引用是C++引入的新语言特性，是C++常用的一个重要内容之一，正确、灵活地使用引用，可以使程序简洁、高效。我在工作中发现，许多人使用它仅仅是想当然，在某些微妙的场合，很容易出错，究其原由，大多因为没有搞清本源。故在本篇中我将对引用进行详细讨论，希望对大家更好地理解和使用引用起到抛砖引玉的作用。 　　引用简介 　　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。 　　引用的声明方法：类型标识符 &引用名=目标变量名； 　　【例1】：int a; int &ra=a; //定义引用ra,它是变量a的引用，即别名 　　说明： 　　（1）&在此不是求地址运算，而是起标识作用。 　　（2）类型标识符是指目标变量的类型。 　　（3）声明引用时，必须同时对其进行初始化。 　　（4）引用声明完毕后，相当于目标变量名有两个名称，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。 　　 ra=1; 等价于 a=1; 　　（5）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。&ra与&a相等。 　　（6）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。 　　引用应用 　　1、引用作为参数 　　引用的一个重要作用就是作为函数的参数。以前的C语言中函数参数传递是值传递，如果有大块数据作为参数传递的时候，采用的方案往往是指针，因为这样可以避免将整块数据全部压栈，可以提高程序的效率。但是现在（C++中）又增加了一种同样有效率的选择（在某些特殊情况下又是必须的选择），就是引用。 　　【例2】： void swap(int &p1, int &p2) //此处函数的形参p1, p2都是引用 { int p; p=p1; p1=p2; p2=p; } 　　为在程序中调用该函数，则相应的主调函数的调用点处，直接以变量作为实参进行调用即可，而不需要实参变量有任何的特殊要求。如：对应上面定义的swap函数，相应的主调函数可写为： main( ) { 　int a,b; 　cin>>a>>b; //输入a,b两变量的值　swap(a,b); //直接以变量a和b作为实参调用swap函数 　cout< 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<>，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6】 测试用返回引用的函数值作为赋值表达式的左值。 #include 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]=10; cout<=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，Effective C++[1]的Item23详细的讨论了这个问题。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7】： 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。 　　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。