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C++中的引用&详解

概念 

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。

使用方法

引用的声明方法:类型标识符 &引用名=目标变量名;

与指针的区别

引用是C++对C语言的一个重要的扩展,与指针类似,但仍有一些不同点,主要分为以下几点:

  • 从内存上讲,系统为指针分配内存空间,而引用与绑定的对象共享内存空间,系统不为引用变量分配内容空间(内容空间不是其自身空间,在C++内部实现是一个常指针,4字节);
  • 指针初始化以后可以更改指向对象,而引用定义的时候必须要初始化,且初始化以后不允许重新再绑定对象;
  • 所以引用空间对象是直接访问,指针访问对象是间接;
  • 如pa是指针,*pa就是引用;

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:数据交换(引用 使用方式)

#include<iostream>
using namespace std;
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; 
}

int 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 << a<<  ' ' << b; //输出结果
return 0; }

例:数据交换(指针使用方式)

#include<iostream>
using namespace std;
void swap(int *p1, int *p2)
{
    int *p;
    p = p1;
    p1 = p2;
    p2 = p;
}

int main()
{
    int a,b;
  cin>>a>>b; //输入a,b两变量的值
    swap(&a, &b);
    return 0;
}    

  优劣势比较:

  1. 使用引用传递函数的参数,在内存中并没有产生实参的副本,它是直接对实参操作;而使用一般变量传递函数的参数,当发生函数调用时,需要给 形参分配存储单元,形参变量是实参变量的副本;如果传递的是对象,还将调用拷贝构造函数。因此,当参数传递的数据较大时,用引用比用一般变量传递参数的效 率和所占空间都好。
  2. 使用指针作为函数的参数虽然也能达到与使用引用的效果,但是,在被调函数中同样要给形参分配存储单元,且需要重复使用"*指针变量名"的 形式进行运算,这很容易产生错误且程序的阅读性较差;另一方面,在主调函数的调用点处,必须用变量的地址作为实参。而引用更容易使用,更清晰。

2.常引用

使用方法:const 类型标识符 &引用名 = 目标变量名;

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
    int a ;
    const int &ra=a;
    ra=1; //错误
    a=1; //正确
    return 0;
}


string foo( );
void bar(string & s);

//那么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。*/

  

3.引用作为返回值

使用方法:

   类型标识符 &函数名(形参列表及类型说明)
  {函数体}

 优势:用引用返回一个函数值的最大好处是,在内存中不产生被返回值的副本。

例:f1 和 f2 两个函数都是计算圆面积,返回不同类型的数值,f1 返回值,f2返回temp的引用。

#include <iostream.h>
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 << a << c << d;
}

  !!!引用作为返回值,必须遵守以下规则:

         1.不能返回局部变量的引用。主要原因是局部变量会在函数返回后被销毁,因此被返回的引用就成为了"无所指"的引用,程序会进入未知状态。

    2.不能返回函数内部new分配的内存的引用。虽然不存在局部变量的被动销毁问题,可对于这种情况(返回函数内部new分配内存的引用),又面临其它尴尬局面。例如,被函数返回的引用只是作为一 个临时变量出现,而没有被赋予一个实际的变量,那么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),那么对该属性的单纯赋值就会破坏业务规则的完整性。

    4.引用作为左值时:

  例:用返回引用的函数值作为赋值表达式的左值。

#include <iostream.h>
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]=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;
     }
}

    5.一些操作符中,却千万不能返回引用:+-*/ 四则运算符。它们不能返回引用,主要原因是这四个操作符没有side effect。

4.引用和多态

  概念: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。

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。

5.指针的引用

下例有助理解指针方面的知识,指针的指针,指针的引用进行比较。

#include <iostream>
using namespace std;
struct Teacher
{
	int age;
	char name[64];	
};
//指针的指针 int getTeacherWayFirst(Teacher **p) { Teacher *tmp = NULL; if(p == NULL) { return -1; } tmp = (Teacher *)malloc(sizeof(Teacher)); if(tmp == NULL) { return -2; } tmp->age = 33; *p = tmp; }
//指针的引用 int getTeacherWaySecond(Teacher * &p) { p = (Teacher *)malloc(sizeof(Teacher)); if(p == NULL) { return -1; } p->age = 36; }
//释放分配的空间 void freeTeacher(Teacher *pT1) { if (pT1 == NULL) { return ; } free(pT1); } int main() { Teacher *pT1 = NULL; getTeacherWayFirst(&pT1); cout << pT1->age << endl; freeTeacher(pT1); getTeacherWaySecond(pT1); cout << pT1->age << endl; freeTeacher(pT1); return 0; }

  

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。

posted @ 2019-04-10 19:35  BeerQkq  阅读(4584)  评论(0编辑  收藏  举报