引用就是某个目标变数的“别名”(alias),对引用的操作与对变数直接操作效果完全相同。
定义
引用就是某个目标变数的“别名”(alias),对引用的操作与对变数直接操作效果完全相同。
申明一个引用的时候,切记要对其进行初始化。引用声明完毕后,相当于目标变数名有两个名称,即该目标原名称和引用名,不可以把该引用名作为其他变数名的别名(注:再次执行相关操作只能是赋值,而不是改改变引用的对象)。声明一个引用,不是新定义了一个变数,它只表示该引用名是目标变数名的一个别名,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(好多书上是这样说的,但是这会给初学者造成特别大的困惑,既然是一个类型,为什幺没有空间呢?其实它是有空间的:VC++6.0上的处理是给引用分配一个指针大小的空间,用以存放被套用变数的地址,具体内容可参考(《C++程式设计》(第四版)清华大学 —6.8.1 指针与引用)。不能建立数组的引用。
A a(){...;return *this;}//会调用拷贝构造函式和析构函式
A& a(){...;return *this;}//不会调用拷贝构造函式和析构函式
//应该都能够作为左值。
当返回一个变数时,会产生拷贝。当返回一个引用时,不会发生拷贝,你可以将引用看作是一个变数的别名,就是其他的名字,引用和被引用的变数其实是一个东西,只是有了两个名字而已。
问题的关键是,当你想要返回一个引用而不是一个拷贝时,你要确保这个引用的有效性,比如:
int & fun() { int a; a=10; return a; }
这样是不行的,因为a会在fun退出时被销毁,这时返回的a的引用是无效的。
这种情况下,如果fun的返回类型不是int & 而是int就没有问题了。
因此,要返回一个引用时,“临时变数”不能是“临时”的,至少得等函式外部使用完毕这个引用之后,才能销毁它。
优势
(1)传递引用给函式与传递指针的效果是一样的。这时,被调函式的形参就成为原来主调函式中的实参变数或对象的一个别名来使用,所以在被调函式中对形参变数的操作就是对其相应的目标对象(在主调函式中)的操作。
(2)使用引用传递函式的参数,在记忆体中并没有产生实参的副本,它是直接对实参操作;而使用一般变数传递函式的参数,当发生函式调用时,需要给形参分配存储单元,形参变数是实参变数的副本;如果传递的是对象,还将调用拷贝构造函式。因此,当参数传递的数据较大时,用引用比用一般变数传递参数的效率和所占空间都好。
(3)使用指针作为函式的参数虽然也能达到与使用引用的效果,但是,在被调函式中同样要给形参分配存储单元,且需要重複使用"*指针变数名"的形式进行运算,这很容易产生错误且程式的阅读性较差;另一方面,在主调函式的调用点处,必须用变数的地址作为实参。而引用更容易使用,更清晰。
使用地点
如果既要利用引用提高程式的效率,又要保护传递给函式的数据不在函式中被改变,就应使用常引用。常引用声明方式:const 类型标识符 &引用名=目标变数名;
例1:
int a ;
const int &ra=a;
ra=1; //错误
a=1; //正确
例2:
string foo( );
void bar(string & s);
那幺下面的表达式将是非法的:
bar(foo( ));
bar("hello world");
原因在于foo( )和"hello world"串都会产生一个临时对象,而在C++中,这些临时对象都是const类型的。因此上面的表达式就是试图将一个const类型的对象转换为非const类型,这是非法的。
引用型参数应该在能被定义为const的情况下,儘量定义为const 。
函式类型
格式:类型标识符 &函式名(形参列表及类型说明){ //函式体 }
好处:在记忆体中不产生被返回值的副本;(注意:正是因为这点原因,所以返回一个局部变数的引用是不可取的。因为随着该局部变数生存期的结束,相应的引用也会失效,产生runtime error!
注意事项:
(1)不能返回局部变数的引用。这条可以参照Effective C++[1]的Item 31。主要原因是局部变数会在函式返回后被销毁,因此被返回的引用就成为了"无所指"的引用,程式会进入未知状态。
(2)不能返回函式内部new分配的记忆体的引用。这条可以参照Effective C++[1]的Item 31。虽然不存在局部变数的被动销毁问题,可对于这种情况(返回函式内部new分配记忆体的引用),又面临其它尴尬局面。例如,被函式返回的引用只是作为一个临时变数出现,而没有被赋予一个实际的变数,那幺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。这条原则可以参照Effective C++[1]的Item 30。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),那幺对该属性的单纯赋值就会破坏业务规则的完整性。
(4)流操作符重载返回值申明为“引用”的作用:
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,程式必须重新(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
#i nclude <iostream.h>
int &put(int n);
int vals[10];
int error=-1;
void main()
{
put(0)=10; //以put(0)函式值作为左值,等价于vals[0]=10;
put(9)=20; //以put(9)函式值作为左值,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,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、返回一个局部变数的引用,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。
与多态的关係
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 : Class A{...}; B b; A& ref = b;
何时要用引用
流操作符<<和>>、下标操作符[]、赋值操作符=的返回值、拷贝构造函式的参数、赋值操作符=的参数等,其它情况都不推荐使用引用。