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1、C+ C+ 引用的作用和用法引用的作用和用法 20082008- -0303- -01 17:2301 17:23 C+C+中的引用中的引用 【导读】介绍【导读】介绍 C+C+引用的基本概念，通过详细的应用分析与说明，对引用进行全面、透彻地阐述引用的基本概念，通过详细的应用分析与说明，对引用进行全面、透彻地阐述 引用是引用是 C+C+引入的新语言特性，是引入的新语言特性，是 C+C+常用的一个重要内容之一，正确、灵活地使用引用，可以常用的一个重要内容之一，正确、灵活地使用引用，可以使程序简洁、高效。使程序简洁、高效。 引用简介引用简介 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
2、接操作完全一样。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。 引用的声明方法：类型标识符引用的声明方法：类型标识符 & &引用名引用名= =目标变量名；目标变量名； 【例【例 1 1】：】：int a; int &ra=a; /int a; int &ra=a; /定义引用定义引用 ra,ra,它是变量它是变量 a a 的引用，即别名的引用，即别名 说明：说明： （1 1）& &在此不是求地址运算，而是起标识作用。在此不是求地址运算，而是起标识作用。 （2 2）类型标识符是指目标变量的类型。）类型标识符是指目标变量的类型。 （3 3）声明引用时，必须同时对其进行初
3、始化。）声明引用时，必须同时对其进行初始化。 （4 4）引用声明完毕后，相当于目标变量名有两个名称，即该目标原名称和引用名，且不能再把）引用声明完毕后，相当于目标变量名有两个名称，即该目标原名称和引用名，且不能再把该引用名作为其他变量名的别名。该引用名作为其他变量名的别名。 ra=1; ra=1; 等价于等价于 a=1; a=1; （5 5）声明一个引用，不是新定义了一个变量，它只表示该引用名是目标变量名的一个别名，它）声明一个引用，不是新定义了一个变量，它只表示该引用名是目标变量名的一个别名，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
4、引用分配存储单元。故：对储单元，系统也不给引用分配存储单元。故：对引用求地址，就是对目标变量求地址。引用求地址，就是对目标变量求地址。&ra&ra 与与&a&a 相等。相等。 （6 6）不能建立数组的引用。因为数组是一个由若干个元素所组成的集合，所以无法建立一个数）不能建立数组的引用。因为数组是一个由若干个元素所组成的集合，所以无法建立一个数组的别名。组的别名。 引用应用引用应用 1 1、引用作为参数、引用作为参数 引用的一个重要作用就是作为函数的参数。以前的引用的一个重要作用就是作为函数的参数。以前的 C C 语言中函数参数传递是值传递，如果有大语言中函数参数传递是值传递，如果有大块数据作为
5、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，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（可以提高程序的效率。但是现在（C+C+中）又增加了一种同样有效率的选择（在某些特殊情况下中）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。又是必须的选择），就是引用。 【例【例 2 2】：】： void swap(int &p1, int &p2) /void swap(int &p1, int &p2) /此处函数的形参此处函数的形参 p1, p2p1, p2 都是引用都是引用
6、int p; p=p1; p1=p2; p2=p; int p; p=p1; p1=p2; p2=p; 为在程序中调用该函数，则相应的主调函数的调用点处，直接以变量作为实参进行调用即可，为在程序中调用该函数，则相应的主调函数的调用点处，直接以变量作为实参进行调用即可，而不需要实参变量有任何的特殊要求。 如： 对应上面定义的而不需要实参变量有任何的特殊要求。 如： 对应上面定义的 swapswap 函数， 相应的主调函数可写为：函数， 相应的主调函数可写为： main( )main( ) int a,b;int a,b; cinab; /cinab; /输入输入 a,ba,b 两变量的值两变量的
7、值 swap(a,b); /swap(a,b); /直接以变量直接以变量 a a 和和 b b 作为实参调用作为实参调用 swapswap 函数函数 couta b; /couta b; /输出结果输出结果 上述程序运行时，如果输入数据上述程序运行时，如果输入数据 10 2010 20 并回车后，则输出结果为并回车后，则输出结果为 20 1020 10。 由【例由【例 2 2】可看出：】可看出： （1 1）传递引用给函数与传递指针的效果是一样的。这时，被调函数的形参就成为原来主调函数）传递引用给函数与传递指针的效果是一样的。这时，被调函数的形参就成为原来主调函数中的实参变量或对象的一个别名来使
8、用，所以在被调函数中对形参变量的操作就是对其相应的中的实参变量或对象的一个别名来使用，所以在被调函数中对形参变量的操作就是对其相应的目标对象（在主调函数中）的操作。目标对象（在主调函数中）的操作。 （2 2）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）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，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
9、数据较大时，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。用引用比用一般变量传递参数的效率和所占空间都好。 （3 3）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）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，且需要重复使用形参分配存储单元，且需要重复使用*指针变量名指针变量名 的形式进行运算，这很容易产生错误且程序的形式进行运算，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
10、用更容的阅读性较差；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。易使用，更清晰。 如果既要利用引用提高程序的效率，又要保护传递给函数的数据不在函数中如果既要利用引用提高程序的效率，又要保护传递给函数的数据不在函数中被改变，就应使用被改变，就应使用常引用。常引用。 2 2、常引用、常引用 常引用声明方式：常引用声明方式：const const 类型标识符类型标识符 & &引用名引用名= =目标变量名；目标变量名； 用这种方式声明的引用， 不能通过引用对目标变量的值进行修改用这种方式声明的引用， 不能通过引用对目标变量的值进行修改, ,从而使引用的目标成为从
11、而使引用的目标成为 constconst，达到了引用的安全性。达到了引用的安全性。 【例【例 3 3】：】： int a ;int a ; const int &ra=a;const int &ra=a; ra=1; /ra=1; /错误错误 a=1; /a=1; /正确正确 这不光是让代码更健壮，也有些其它方面的需要。这不光是让代码更健壮，也有些其它方面的需要。 【例【例 4 4】：假设有如下函数声明：】：假设有如下函数声明： string foo( );string foo( ); void bar(string & s); void bar(string & s); 那么那么下面的表达式
12、将是非法的：下面的表达式将是非法的： bar(foo( );bar(foo( ); bar(hello world); bar(hello world); 原因在于原因在于 foo( )foo( )和和hello worldhello world串都会产生一个临时对象，而在串都会产生一个临时对象，而在 C+C+中，这些临时对象都是中，这些临时对象都是constconst 类型的。 因此上面的表达式就是试图将一个类型的。 因此上面的表达式就是试图将一个 constconst 类型的对象转换为非类型的对象转换为非 constconst 类型， 这是类型， 这是非法的。非法的。 引用型参数应该在能被
13、定义为引用型参数应该在能被定义为 constconst 的情况下，尽量定义为的情况下，尽量定义为 const const 。 3 3、引用作为返回值、引用作为返回值 要以引用返回函数值，则函数定义时要按以下格式：要以引用返回函数值，则函数定义时要按以下格式： 类型标识符类型标识符 & &函数名（形参列表及类型说明）函数名（形参列表及类型说明） 函数体函数体 说明：说明： （1 1）以引用返回函数值，定义函数时需要在函数名前加）以引用返回函数值，定义函数时需要在函数名前加& & （2 2）用引用）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。返回一个函数值的最大好处是，在内存
14、中不产生被返回值的副本。 【例【例 5 5】以下程序中定义了一个普通的函数】以下程序中定义了一个普通的函数 fn1fn1（它用返回值的方法返回函数值），另外一个函（它用返回值的方法返回函数值），另外一个函数数 fn2fn2，它以引用的方法返回函数值。，它以引用的方法返回函数值。 i nclude i nclude float temp; /float temp; /定义全局变量定义全局变量 temptemp float fn1(float r); /float fn1(float r); /声明函数声明函数 fn1fn1 float &fn2(float r); /float &fn2(flo
15、at r); /声明函数声明函数 fn2fn2 float fn1(float r) /float fn1(float r) /定义函数定义函数 fn1fn1，它以返回值的方法返回函数值，它以返回值的方法返回函数值 temp=(float)(r*r*3.14); temp=(float)(r*r*3.14); return temp; return temp; float &fn2(float r) /float &fn2(float r) /定义函数定义函数 fn2fn2，它以引用方式返回函数值，它以引用方式返回函数值 temp=(float)(r*r*3.14); temp=(float)
16、(r*r*3.14); return temp;return temp; void main() /void main() /主函数主函数 float a=fn1(10.0); /float a=fn1(10.0); /第第 1 1 种情况，系统生成要返回值的副本（即临时变量）种情况，系统生成要返回值的副本（即临时变量） float &b=fn1(10.0); /float &b=fn1(10.0); /第第 2 2 种情况，可能会出错（不同种情况，可能会出错（不同 C+C+系统有不同规定）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不能从被调函数中返回一个临时变量或局
17、部变量的引用 float c=fn2(10.0); /float c=fn2(10.0); /第第 3 3 种情况，系统不生成返回值的副本种情况，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可以从被调函数中返回一个全局变量的引用 float &d=fn2(10.0); /float &d=fn2(10.0); /第第 4 4 种情况，系统不生成返回值的副本种情况，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可以从被调函数中返回一个全局变量的引用 coutacd;coutacd; 引用作为返回值，必须遵守以下规则：引用作为返回值，必须遵守以下规则： （1
18、1）不）不能返回局部变量的引用。这条可以参照能返回局部变量的引用。这条可以参照 Effective C+1Effective C+1的的 Item 31Item 31。主要原因是局部。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 无所指无所指 的引用，程序会进入未知状的引用，程序会进入未知状态。态。 （2 2）不能返回函数内部）不能返回函数内部 newnew 分配的内存的引用。这条可以参照分配的内存的引用。这条可以参照 Effective C+1Effective C+1的的 Item 31Item 31。虽然不存在局部变量
19、的被动销毁问题，可对于这种情况（返回函数内部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 newnew 分配内存的引用），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（由个实际的变量，那么这个引用所指向的空间（由 n newew 分配）就无法释放，造成分配）就无法释放，造成 memory leakmemory leak。 （3 3） 可以返回类成员的引用， 但最好是） 可以返回类成员的引用， 但最好是
20、constconst。 这条原则可以参照。 这条原则可以参照 Effective C+1Effective C+1的的 Item 30Item 30。主要原因是当对象的属性是与某种业务规则（主要原因是当对象的属性是与某种业务规则（business rulebusiness rule）相关联的时候，其赋值常常与某）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对象可以获得
21、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。完整性。 （4 4）引用与一些操作符的重载：）引用与一些操作符的重载： 流操作符流操作符，这两个操作符常常希，这两个操作符常常希望被连续使用，例如：望被连续使用，例如：cout hello endl;cout hello endl; 因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：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，程序必须重新（拷贝）构返回一个流对象和返回一个流对象指针。但
22、是对于返回一个流对象，程序必须重新（拷贝）构造一个新的流对象，也就是说，连续的两个造一个新的流对象，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。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+C+语言中引入引用语言中引入引用这个概念的原因吧。这个概念的原因吧。 赋赋值操作符值操作符= =。
23、这个操作符象流操作符一样，是可以连续使用的，例如：。这个操作符象流操作符一样，是可以连续使用的，例如：x x = j = 10;= j = 10;或者或者(x=10)=100;(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。引用成了这个操作符的惟一返回值选择。 【例【例 6 6】 测试用返回引用的函数值作为赋值表达式的左值。测试用返回引用的函数值作为赋值表达式的左值。 i nclude i nclude int &put(int n);int &put(int n);
24、int vals10;int vals10; int error=int error=- -1;1; void main()void main() put(0)=10; /put(0)=10; /以以 put(0)put(0)函数值作为左值，等价于函数值作为左值，等价于 vavals0=10; ls0=10; put(9)=20; /put(9)=20; /以以 put(9)put(9)函数值作为左值，等价于函数值作为左值，等价于 vals9=10; vals9=10; coutvals0; coutvals0; coutvals9;cout=0 & n=0 & n=9 ) return va
25、lsn; else coutsubscript error; return error; else coutsubscript error; return error; （5 5）在另外的一些操作符中，却千万不能返回引用：）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，四则运算符。它们不能返回引用，EffecEffective C+1tive C+1的的 Item23Item23 详细的讨论了这个问题。主要原因是这四个操作符没有详细的讨论了这个问题。主要原因是这四个操作符没有 side side effecteffect，因此，它们必须构造一个
26、对象作为返回值，可选的方案包括：返回一个对象、返回一，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、返回一个局部变量的引用，返回一个个局部变量的引用，返回一个 newnew 分配的对象的引用、返回一个静态对象引用。根据前面提到分配的对象的引用、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，第的引用作为返回值的三个规则，第 2 2、3 3 两个方案都被否决了。静态对象的引用又因为两个方案都被否决了。静态对象的引用又因为(a+b) = (a+b) = (c+d)(c+d)会永远为会永远为 truetrue 而导致错误。所以可选的只剩下返回一个对象了。而导致错误
27、。所以可选的只剩下返回一个对象了。 4 4、引用和多态、引用和多态 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，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一个基类的引用可以指向它的派生类实例。生类实例。 【例【例 7 7】：】： class class A;A; class class B B：public A;public A; B B b;b; A A &Ref = b; / &Ref = b; / 用派生类对象初始化基类对象的引用用派生类对象初始化基类对象的引用 Ref 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
28、派生类。如果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 A 类中类中定义有虚函数，并且在定义有虚函数，并且在 B B 类中重写了这个虚函数，就可以通过类中重写了这个虚函数，就可以通过 RefRef 产生多态效果。产生多态效果。 引用总结引用总结 （1 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）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。间不如意的问题。 （2 2）用引用传递函数的参数，能
29、保证参数传递中不产生副本，提高传递的效率，且通过）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 constconst的使用，保证了引用传递的安全性。的使用，保证了引用传递的安全性。 （3 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）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。对目标变量的操作。 （4 4）使用引用的时机。流操作符）使用引用的时机。流操作符、赋值操作符、赋值操作符= =的返回值、拷贝构造函数的参数、赋值的返回值、拷贝构造函数的参数、赋值操作符操作符= =的参数、其它情况都推荐使用引用。的参数、其它情况都推荐使用引用。
