17-5 通过 std::reference_wrapper 实现的引用数组

在上节课中，我们提到数组可以包含任意对象类型的元素。这包括基本类型对象（如 int）和复合类型对象（如 int 指针）。

#include <array>
#include <iostream>
#include <vector>

int main()
{
    int x { 1 };
    int y { 2 };

    [[maybe_unused]] std::array valarr { x, y };   // an array of int values
    [[maybe_unused]] std::vector ptrarr { &x, &y }; // a vector of int pointers

    return 0;
}

然而，由于引用并非对象，因此无法创建引用的数组。数组元素还必须可赋值，而引用无法重新定位。

#include <array>
#include <iostream>

int main()
{
    int x { 1 };
    int y { 2 };

    [[maybe_unused]] std::array<int&, 2> refarr { x, y }; // compile error: cannot define array of references

    int& ref1 { x };
    int& ref2 { y };
    [[maybe_unused]] std::array valarr { ref1, ref2 }; // ok: this is actually a std::array<int, 2>, not an array of references

    return 0;
}

在本节课中，我们将使用 std::array 作为示例，但这同样适用于所有数组类型。

不过，若需要引用数组，则存在一种变通方案。

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std::reference_wrapper

std::reference_wrapper 是位于 头文件中的标准库类模板。它接受类型模板参数 T，随后表现为可修改的 T 类左值引用。

关于 std::reference_wrapper 有几点值得注意：

• Operator= 会重新绑定std::reference_wrapper（改变被引用的对象）。
• std::reference_wrapper会隐式转换为T&。
• 通过get()成员函数可获取T&。当需要更新被引用对象的值时，此特性尤为实用。

以下是一个简单示例：

#include <array>
#include <functional> // for std::reference_wrapper
#include <iostream>

int main()
{
    int x { 1 };
    int y { 2 };
    int z { 3 };

    std::array<std::reference_wrapper<int>, 3> arr { x, y, z };

    arr[1].get() = 5; // modify the object in array element 1

    std::cout << arr[1] << y << '\n'; // show that we modified arr[1] and y, prints 55

    return 0;
}

此示例将输出以下内容：

请注意，我们必须使用 arr[1].get() = 5 而不是 arr[1] = 5。后者存在歧义，因为编译器无法判断我们是想将 std::reference_wrapper 重新赋值为 5（这本身就是非法的），还是想改变被引用的值。使用 get() 可以消除这种歧义。

当打印 arr[1] 时，编译器会意识到无法直接输出 std::reference_wrapper，因此会将其隐式转换为 int& 类型进行输出。因此在此处无需使用 get()。

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std::ref 和 std::cref

在 C++17 之前，类模板参数推导（CTAD）尚未存在，因此类类型的所有模板参数都需要显式列出。因此，要创建 std::reference_wrapper，可以采用以下任一方式：

int x { 5 };

std::reference_wrapper<int> ref1 { x };        // C++11
auto ref2 { std::reference_wrapper<int>{ x }}; // C++11

由于名称冗长且需要显式列出模板参数，创建大量此类引用包装器可能相当麻烦。

为简化操作，提供了 std::ref() 和 std::cref() 函数作为快捷方式，用于创建由 std::reference_wrapper 和 const std::reference_wrapper 包装的对象。请注意，这些函数可与 auto 配合使用，从而避免显式指定模板参数。

int x { 5 };
auto ref { std::ref(x) };   // C++11, deduces to std::reference_wrapper<int>
auto cref { std::cref(x) }; // C++11, deduces to std::reference_wrapper<const int>

当然，既然C++17中已经引入了CTAD，我们也可以这样做：

std::reference_wrapper ref1 { x };        // C++17
auto ref2 { std::reference_wrapper{ x }}; // C++17

但由于 std::ref() 和 std::cref() 的输入更简洁，它们仍被广泛用于创建 std::reference_wrapper 对象。