[C++ Primer Plus] 引用

时间  2019-12-09 标签 c++ primer 引用

认识引用

Declares a named variable as a reference, that is, an alias to an already-existing object or function. 来自: C++参考手册

先从一个简单的例子开始： 交换函数 swap() 。c++

// 代码片断01
void swap01(int a, int b) {
    int temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

// 代码片断02
void swap02(int *a, int *b) {
    int temp = *a;
    *a = *b;
    *b = temp;
}

int main(int argc, const char * argv[]) {

    int a= 10, b = 20;
    
    swap01(a, b); // 不会交换
    
    swap02(&a, &b); // 会交换

    return 0;
}

上述代码彷佛不用解释都知道它所要说明的问题。彷佛与今天的主题无关，可是不着急，看下 代码片断02 。内部充斥着 *a 、*b 这样的操做，代码彷佛不够简洁。有没有什么方式可使其更简洁一些呢？有！ 引用！！。程序员

有了引用之后，代码是这样的:数组

void swap03(int &a, int &b) {
    int temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

int main(int argc, const char * argv[]) {

    int a= 10, b = 20;
    
    swap03(a, b); // 会交换
    
    return 0;
}

代码看起来和上面没有什么大的差异。&a、&b 彷佛是！在取地址。实际上不是的。它表示的 a 是某个 int 类型变量的引用(或者说某个 int 类型变量的别名)。函数

那么如何建立一个 引用 呢？spa

int main(int argc, const char * argv[]) {

    int num = 10;
    
    int & ref = num; // 建立一个引用。
    
    int & refref = ref; // 建立一个引用

    return 0;
}

如上，建立的是 num 的引用，名字叫 ret。既然是引用，就是说，使用 num 和 ret 没有任何区别。 设计

没有任何区别是什么意思？意思就是说：num 和 ret 都是同一个内存地址的名称。举个小例子，如图：
image-20190526182118680指针

num: 周樟寿
ref: 周树人
refref: 鲁迅

只是名字变了，但它都是同一个内存！！code

说到这里，有没有发现其实引用是什么？像不像下面这样：对象

int &ref = num;

// 等价于
int *ref = #

另外有一个须要注意的地方是： 引用一旦建立，便不能更改(只读)！！既然不能修改，那就说明必须在建立时就要给引用初始化！！！。blog

int one = 10;
int two = 20;

// 错误01（ref建立时就要被初始化）
int &ref;
ref = one;
// 正确写法：int &ref = one;

// 异常 02（引用一旦建立，便不能修改）
int &ref = one;
ref = two; // 这句话不会报错，可是它表达的意思不是让ref变成two的引用。而是将 two 的值，赋值给 ref。即，ref = 20;

至此，对引用有了一个基本的认识。总结一下：

  1. 引用是某个变量的别名。
  2. 引用一旦建立，便不能够修改。
  3. 引用建立时，必需要初始化。

基于以上的观点。咱们能够对引用有一个本质上的认识，即指针常量：

int & ref = num;

// 等价于
int * const ref = #

引用的做用

引用难道只是为了简化 *a 这样的代码，使代码更简洁么？ 不是的。引用来源于指针，但不一样于指针。

引用最主要的用途是：用做函数的参数(尤为是结构体或对象参数)！！

  • 做为函数参数

    struct Student {
    std::string id;
    std::string name;
    int age;
};

void func01(Student student) { 
    // do something 
}

void func02(Student &student) { 
    // do something 
}
    • func01 中会执行建立临时的Student对象，并执行Student的数据拷贝(拷贝构造函数)。这是耗时和耗空间的。
    • func02 中使用的是Student的引用，所以操做的是同一块内存区域，不会建立临时对象，不耗时，也不占用空间。

    • 【注意】 使用引用做为参数时，常加上 const 修饰。理由以下：

      1. 避免无心中修改被引用的数据，如：

        int i = 5;

int cube(int &a) { 
    a *= a * a; 
    return a; 
}

int sum(int &a) {
    a = a + 5;
    return a;
}

int tmp1 = cube(i); // 输入时i= 5，输出时i = 125
int tmp2 = sum(i); // 输入时i = 125，输出时i = 130

      2. 可以处理 const 和 非const 实参，不然只能接受 非const 数据，如：

        const int NUM = 100;

int sum01(int &a) {
  // do something
  return 0;
}

int sum02(const int &a) {
    // do something
    return 0;
}

sum01(NUM);// ERROR!!!!
sum02(NUM);// OK
      3. 使函数可以正确生成并使用临时变量。(这种在早期C++较宽松的规则下才会出现)

  • 做为函数返回值

    返回值是引用的函数，实际上返回的是被引用变量的“别名”

    有一个须要注意的地方是：不要返回临时变量。以下：

    Student &clone(const Student &s) {
    Student student; // 局部变量，函数执行完成时会被销毁。
    student.id = s.id;
    student.name = s.name;
    student.age = s.age;
    return student;
}

    如上，会返回 student。可是 student 是局部的临时变量，在 clone 函数执行完成后，将被销毁，致使程序出现异常。避免这种问题有一些作法：

    1. 返回一个做为参数传递给函数的引用。如：

      Student &clone(const Student &s) {
    return s;
}

    2. 用 new 来分配新的内存空间， 如：

      Student &clone(const Student &s) {
    Student *student = new Student();
    student->id = s.id;
    student->name = s.name;
    student->age = s.age;
    return *student;
}

引用的使用建议

使用引用参数的主要缘由有两个:

  • 程序员可以修改调用函数中的数据对象。
  • (最主要)经过传递引用而不是整个数据对象(如：结构体和类对象这种数据对象较大的对象)，能够提升程序的运行速度。

正如前面所说，引用来源于指针，但不一样于指针。甚至引用像是指针的 "语法糖" 。那么问题来了，何时使用引用，何时使用指针，何时使用按值传递呢？？？

对于使用传递的值而不做修改的函数

  • 若是数据对象比较小(如：基本数据类型或者小型的结构)，选择按值传递
  • 若是数据对象是数组，则使用指针，由于这是惟一的选择，并将指针声明为指向 const 的指针
  • 若是数据对象是较大的结构，则使用指针或者引用，以提升程序的效率。这样能够节省复制结构所需的时间和空间
  • 若是数据对象是类对象，则使用 const 修饰的引用。类设计的语义经常要求使用语义，这是C++新增这项特性的主要缘由。所以传递类对象参数的标准方式是按引用传递。

对于修改调用函数中数据的函数

  • 若是数据对象是基本数据类型，则使用指针。
  • 若是数据对象是数组，则只能使用指针。
  • 若是数据对象是结构，则使用指针或者引用。
  • 若是数据对象是类对象，则使用引用。
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