• C++引用类型详解

    在 C++ 中可以定义“引用”。定义方式如下:

    类型名 &引用名 = 同类型的某变量名;

    此种写法就定义了一个某种类型的引用,并将其初始化为引用某个同类型的变量。“引用名”的命名规则和普通变量相同。例如:

    int n;
    int & r = n;

    r 就是一个引用,也可以说 r 的类型是 int &。第二条语句使得 r 引用了变量 n,也可以说 r 成为了 n 的引用。

    某个变量的引用和这个变量是一回事,相当于该变量的一个别名。

    注意:定义引用时一定要将其初始化,否则编译无法通过。通常会用某个变量去初始化引用,初始化后,它就一直引用该变量,不会再引用别的变量。

    也可以用一个引用去初始化另一个引用,这样两个引用就引用同一个变量。不能用常量初始化引用,也不能用表达式初始化引用(除非该表达式的返回值是某个变量的引用)。

    总之,引用只能引用变量。

    类型为 T& 的引用和类型为 T 的变量是完全兼容的,可以互相赋值。

    引用的示例程序如下:

    #include <iostream>
    using namespace std;
    int main()
    {
        int n = 4;
        int & r = n;        //r引用了n,从此r和n是一回事
        r = 4;              //修改r就是修改n
        cout << r << endl;  //输出4
        cout << n << endl;  //输出4
        n = 5;              //修改n就是修改r
        cout << r << endl;  //输出 5
        int & r2 = r;         //r2和r引用同一个变量,就是n
        cout << r2 << endl; //输出 5
        return 0;
    }

    引用作为函数的返回值

    函数的返回值可以是引用。例如下面的程序:

    #include <iostream>
    using namespace std;
    int n = 4;
    int & SetValue()
    {
        return n;  //返回对n的引用
    }
    int main()
    {
        SetValue() = 40;  //返回值是引用的函数调用表达式,可以作为左值使用
        cout << n << endl;  //输出40
        int & r = SetValue();
        cout << r << endl;  //输出40
        return 0;
    }

    SetValue 函数的返回值是一个引用,是 int & 类型的。因此第 6 行使得其返回值成为变量 n 的引用。

    第 10 行,SetValue 函数返回对 n 的引用,因此对 SetValue 函数的返回值进行赋值,就是对 n 进行赋值,结果就是使得 n 的值变为 40。

    第 12 行,表达式 SetValue 函数的返回值是 n 的引用,因此可以用来初始化 r,其结果就 是 r 也成为 n 的引用。

    引用作为函数的返回值,其用途会在后面的“运算符重载”和“标准模板库”章节中介绍。

    参数传值

    在 C++ 中,函数参数的传递有两种方式:传值和传引用。在函数的形参不是引用的情况下,参数传递方式是传值的。传引用的方式要求函数的形参是引用。

    “传值”是指,函数的形参是实参的一个拷贝,在函数执行的过程中,形参的改变不会影响实参。例如下面的程序:

    #include <iostream>
    using namespace std;
    void Swap(int a, int b)
    {
        int tmp;
        //以下三行将a、b值互换
        tmp = a;
        a = b;
        b = tmp;
        cout << "In Swap: a = " << a << " b = " << b << endl;
    }
    int main()
    {
        int a = 4, b = 5;
        Swap(a, b);
        cout << "After swaping: a = " << a << " b = " << b << endl;
        return 0;
    }

    在上面的程序中,Swap 函数的返回值类型是 void,因此函数体内可以不写 return 语句。 在不写 return 语句的情况下,函数执行到末尾的}才返回。

    上面程序的输出结果是:
    In Swap: a = 5 b = 4
    After swaping: a = 4 b = 5

    输出结果说明,在 Swap 函数内部,形参 a、b 的值确实发生了互换,但是在 main 函数中, a、b 还是维持原来的值。也就是说,形参的改变不会影响实参。这是因为,形参和实参存放在不同的内存空间中。

    一个程序在运行时,其所占用的内存空间有一部分被称作“栈”,当一个函数被调用时,在“栈”中就会分配出一块新的存储空间,用来存放形参和函数中定义的变量(也称为局部变量,如上面程序中的 tmp)。实参的值会被复制到栈中存放对应形参的地方,因此形参的值才等于实参。函数执行过程中对形参的修改,相当于只是修改了实参的一个拷贝,因此不会影响实参。

    参数传引用

    如果函数的形参是引用,那么参数的传递方式就是传引用的。在传引用方式下,形参是对应的实参的引用。也就是说,形参和对应的实参是一回事,形参的改变会影响实参。

    有了引用的概念,交换两个变量的 Swap 函数可以如下编写:

    #include<iostream>
    using namespace std;
    void Swap(int & a, int & b)
    { //交换a、b的值
        int tmp;
        tmp = a; a = b; b = tmp;
    }
    int main()
    {
        int n1 = 100, n2 = 50;
        Swap(n1, n2);  //n1、n2 的值被交换
        cout << n1 << " " << n2 << endl;  //输出 50 100
    }

    第 11 行,进入 Swap 函数后,a 引用了 n1,b 引用了 n2,a、b 值的改变会导致 n1、n2 值的改变。因此本行会使 n1 和 n2 的值交换。

    常引用

    定义引用时,可以在前面加 const 关键字,则该引用就成为“常引用”。如:

    int n;
    const int & r = n;

    上面的语句定义了常引用 r,其类型是 const int &。

    常引用和普通引用的区别在于:不能通过常引用去修改其引用的内容。注意,不是常引用所引用的内容不能被修改,只是不能通过常引用去修改而已,但可以用别的办法修改。例如下面的程序片段:

    int n = 100;
    const int & r = n;
    r = 200;  //编译出错,不能通过常引用修改其引用的内容
    n = 300;  //没问题,n的值变为300

    注意,const T& 和 T& 是不同的类型。T& 类型的引用或 T 类型的变量可以用来初始化 const T & 类型的引用,const T 类型的常变量和 const T & 类型的引用则不能用来初始化 T & 类型的引用,除非进行强制类型转换。例如下面的程序:

    void Func(char & r) { }
    void Func2(const char & r) { }
    int main()
    {
        const char cc = 'a';
        char c;
        const char & rcl = cc;
        const char & rc2 = c;  //char变量可以用来初始化 const char & 的引用
        char & r = cc;  //编译出错,const char 类型的常变量不能用来初始化 char & 类型的引用
        char & r2 = (char &)cc;  //没问题,强制类型转换
        Func(rcl);  //编译出错,参数类型不匹配
        Func2(rcl);  //没问题,参数类型匹配
        return 0;
    }

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