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【轉(zhuǎn)】C++ 引用的作用和用法

C++中的引用


【導(dǎo)讀】介紹C++引用的基本概念，通過(guò)詳細(xì)的應(yīng)用分析與說(shuō)明，對(duì)引用進(jìn)行全面、透徹地闡述


引用是C++引入的新語(yǔ)言特性，是C++常用的一個(gè)重要內(nèi)容之一，正確、靈活地使用引用，可以使程序簡(jiǎn)潔、高效。

引用簡(jiǎn)介

引用就是某一變量（目標(biāo)）的一個(gè)別名，對(duì)引用的操作與對(duì)變量直接操作完全一樣。

引用的聲明方法：類型標(biāo)識(shí)符 &引用名=目標(biāo)變量名；

【例1】：int a; int &ra=a; //定義引用ra,它是變量a的引用，即別名

說(shuō)明：

（1）&在此不是求地址運(yùn)算，而是起標(biāo)識(shí)作用。

（2）類型標(biāo)識(shí)符是指目標(biāo)變量的類型。

（3）聲明引用時(shí)，必須同時(shí)對(duì)其進(jìn)行初始化。

（4）引用聲明完畢后，相當(dāng)于目標(biāo)變量名有兩個(gè)名稱，即該目標(biāo)原名稱和引用名，且不能再把該引用名作為其他變量名的別名。

ra=1; 等價(jià)于 a=1;

（5）聲明一個(gè)引用，不是新定義了一個(gè)變量，它只表示該引用名是目標(biāo)變量名的一個(gè)別名，它本身不是一種數(shù)據(jù)類型，因此引用本身不占存儲(chǔ)單元，系統(tǒng)也不給引用分配存儲(chǔ)單元。故：對(duì)引用求地址，就是對(duì)目標(biāo)變量求地址。&ra與&a相等。

（6）不能建立數(shù)組的引用。因?yàn)閿?shù)組是一個(gè)由若干個(gè)元素所組成的集合，所以無(wú)法建立一個(gè)數(shù)組的別名。

引用應(yīng)用

1、引用作為參數(shù)

引用的一個(gè)重要作用就是作為函數(shù)的參數(shù)。以前的C語(yǔ)言中函數(shù)參數(shù)傳遞是值傳遞，如果有大塊數(shù)據(jù)作為參數(shù)傳遞的時(shí)候，采用的方案往往是指針，因?yàn)檫@樣可以避免將整塊數(shù)據(jù)全部壓棧，可以提高程序的效率。但是現(xiàn)在（C++中）又增加了一種同樣有效率的選擇（在某些特殊情況下又是必須的選擇），就是引用。

【例2】：

void swap(int &p1, int &p2) //此處函數(shù)的形參p1, p2都是引用

{ int p; p=p1; p1=p2; p2=p; }


為在程序中調(diào)用該函數(shù)，則相應(yīng)的主調(diào)函數(shù)的調(diào)用點(diǎn)處，直接以變量作為實(shí)參進(jìn)行調(diào)用即可，而不需要實(shí)參變量有任何的特殊要求。如：對(duì)應(yīng)上面定義的swap函數(shù)，相應(yīng)的主調(diào)函數(shù)可寫為：

main( )

{

　int a,b;

　cin>>a>>b; //輸入a,b兩變量的值

　swap(a,b); //直接以變量a和b作為實(shí)參調(diào)用swap函數(shù)

　cout<<a<< ' ' <<b; //輸出結(jié)果

}


上述程序運(yùn)行時(shí)，如果輸入數(shù)據(jù)10 20并回車后，則輸出結(jié)果為20 10。

由【例2】可看出：

（1）傳遞引用給函數(shù)與傳遞指針的效果是一樣的。這時(shí)，被調(diào)函數(shù)的形參就成為原來(lái)主調(diào)函數(shù)中的實(shí)參變量或?qū)ο蟮囊粋€(gè)別名來(lái)使用，所以在被調(diào)函數(shù)中對(duì)形參變量的操作就是對(duì)其相應(yīng)的目標(biāo)對(duì)象（在主調(diào)函數(shù)中）的操作。

（2）使用引用傳遞函數(shù)的參數(shù)，在內(nèi)存中并沒(méi)有產(chǎn)生實(shí)參的副本，它是直接對(duì)實(shí)參操作；而使用一般變量傳遞函數(shù)的參數(shù)，當(dāng)發(fā)生函數(shù)調(diào)用時(shí)，需要給形參分配存儲(chǔ)單元，形參變量是實(shí)參變量的副本；如果傳遞的是對(duì)象，還將調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)。因此，當(dāng)參數(shù)傳遞的數(shù)據(jù)較大時(shí)，用引用比用一般變量傳遞參數(shù)的效率和所占空間都好。

（3）使用指針作為函數(shù)的參數(shù)雖然也能達(dá)到與使用引用的效果，但是，在被調(diào)函數(shù)中同樣要給形參分配存儲(chǔ)單元，且需要重復(fù)使用"*指針變量名"的形式進(jìn)行運(yùn)算，這很容易產(chǎn)生錯(cuò)誤且程序的閱讀性較差；另一方面，在主調(diào)函數(shù)的調(diào)用點(diǎn)處，必須用變量的地址作為實(shí)參。而引用更容易使用，更清晰。

如果既要利用引用提高程序的效率，又要保護(hù)傳遞給函數(shù)的數(shù)據(jù)不在函數(shù)中被改變，就應(yīng)使用常引用。


2、常引用

常引用聲明方式：const 類型標(biāo)識(shí)符 &引用名=目標(biāo)變量名；

用這種方式聲明的引用，不能通過(guò)引用對(duì)目標(biāo)變量的值進(jìn)行修改,從而使引用的目標(biāo)成為const，達(dá)到了引用的安全性。

【例3】：

int a ;

const int &ra=a;

ra=1; //錯(cuò)誤

a=1; //正確


這不光是讓代碼更健壯，也有些其它方面的需要。

【例4】：假設(shè)有如下函數(shù)聲明：

string foo( );

void bar(string & s);


那么下面的表達(dá)式將是非法的：

bar(foo( ));

bar("hello world");

原因在于foo( )和"hello world"串都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)臨時(shí)對(duì)象，而在C++中，這些臨時(shí)對(duì)象都是const類型的。因此上面的表達(dá)式就是試圖將一個(gè)const類型的對(duì)象轉(zhuǎn)換為非const類型，這是非法的。

引用型參數(shù)應(yīng)該在能被定義為const的情況下，盡量定義為const 。

3、引用作為返回值

要以引用返回函數(shù)值，則函數(shù)定義時(shí)要按以下格式：

類型標(biāo)識(shí)符 &函數(shù)名（形參列表及類型說(shuō)明）

{函數(shù)體}

說(shuō)明：

（1）以引用返回函數(shù)值，定義函數(shù)時(shí)需要在函數(shù)名前加&

（2）用引用




返回一個(gè)函數(shù)值的最大好處是，在內(nèi)存中不產(chǎn)生被返回值的副本。

【例5】以下程序中定義了一個(gè)普通的函數(shù)fn1（它用返回值的方法返回函數(shù)值），另外一個(gè)函數(shù)fn2，它以引用的方法返回函數(shù)值。

 1＃i nclude <iostream.h>
 2
 3float temp; //定義全局變量temp
 4
 5float fn1(float r); //聲明函數(shù)fn1
 6
 7float &fn2(float r); //聲明函數(shù)fn2
 8
 9float fn1(float r) //定義函數(shù)fn1，它以返回值的方法返回函數(shù)值
10
11{ 
12
13　temp=(float)(r*r*3.14); 
14
15　return temp; 
16
17}
18
19float &fn2(float r) //定義函數(shù)fn2，它以引用方式返回函數(shù)值
20
21{ 
22
23　temp=(float)(r*r*3.14); 
24
25　return temp;
26
27}
28
29void main() //主函數(shù)
30
31{ 
32
33　float a=fn1(10.0); //第1種情況，系統(tǒng)生成要返回值的副本（即臨時(shí)變量）
34
35　float &b=fn1(10.0); //第2種情況，可能會(huì)出錯(cuò)（不同 C++系統(tǒng)有不同規(guī)定）
36
37　//不能從被調(diào)函數(shù)中返回一個(gè)臨時(shí)變量或局部變量的引用
38
39　float c=fn2(10.0); //第3種情況，系統(tǒng)不生成返回值的副本
40
41　//可以從被調(diào)函數(shù)中返回一個(gè)全局變量的引用
42
43　float &d=fn2(10.0); //第4種情況，系統(tǒng)不生成返回值的副本
44
45　//可以從被調(diào)函數(shù)中返回一個(gè)全局變量的引用
46
47　cout<<a<<c<<d;
48
49} 
50
51

引用作為返回值，必須遵守以下規(guī)則：

（1）不能返回局部變量的引用。這條可以參照Effective C++[1]的Item 31。主要原因是局部變量會(huì)在函數(shù)返回后被銷毀，因此被返回的引用就成為了"無(wú)所指"的引用，程序會(huì)進(jìn)入未知狀態(tài)。

（2）不能返回函數(shù)內(nèi)部new分配的內(nèi)存的引用。這條可以參照Effective C++[1]的Item 31。雖然不存在局部變量的被動(dòng)銷毀問(wèn)題，可對(duì)于這種情況（返回函數(shù)內(nèi)部new分配內(nèi)存的引用），又面臨其它尷尬局面。例如，被函數(shù)返回的引用只是作為一個(gè)臨時(shí)變量出現(xiàn)，而沒(méi)有被賦予一個(gè)實(shí)際的變量，那么這個(gè)引用所指向的空間（由new分配）就無(wú)法釋放，造成memory leak。

（3）可以返回類成員的引用，但最好是const。這條原則可以參照Effective C++[1]的Item 30。主要原因是當(dāng)對(duì)象的屬性是與某種業(yè)務(wù)規(guī)則（business rule）相關(guān)聯(lián)的時(shí)候，其賦值常常與某些其它屬性或者對(duì)象的狀態(tài)有關(guān)，因此有必要將賦值操作封裝在一個(gè)業(yè)務(wù)規(guī)則當(dāng)中。如果其它對(duì)象可以獲得該屬性的非常量引用（或指針），那么對(duì)該屬性的單純賦值就會(huì)破壞業(yè)務(wù)規(guī)則的完整性。

（4）引用與一些操作符的重載：

流操作符<<和>>，這兩個(gè)操作符常常希望被連續(xù)使用，例如：cout << "hello" << endl;　因此這兩個(gè)操作符的返回值應(yīng)該是一個(gè)仍然支持這兩個(gè)操作符的流引用。可選的其它方案包括：返回一個(gè)流對(duì)象和返回一個(gè)流對(duì)象指針。但是對(duì)于返回一個(gè)流對(duì)象，程序必須重新（拷貝）構(gòu)造一個(gè)新的流對(duì)象，也就是說(shuō)，連續(xù)的兩個(gè)<<操作符實(shí)際上是針對(duì)不同對(duì)象的！這無(wú)法讓人接受。對(duì)于返回一個(gè)流指針則不能連續(xù)使用<<操作符。因此，返回一個(gè)流對(duì)象引用是惟一選擇。這個(gè)唯一選擇很關(guān)鍵，它說(shuō)明了引用的重要性以及無(wú)可替代性，也許這就是C++語(yǔ)言中引入引用這個(gè)概念的原因吧。 賦值操作符=。這個(gè)操作符象流操作符一樣，是可以連續(xù)使用的，例如：x = j = 10;或者(x=10)=100;賦值操作符的返回值必須是一個(gè)左值，以便可以被繼續(xù)賦值。因此引用成了這個(gè)操作符的惟一返回值選擇。

【例6】 測(cè)試用返回引用的函數(shù)值作為賦值表達(dá)式的左值。

 1＃i nclude <iostream.h>
 2
 3int &put(int n);
 4
 5int vals[10];
 6
 7int error=-1;
 8
 9void main()
10
11{
12
13put(0)=10; //以put(0)函數(shù)值作為左值，等價(jià)于vals[0]=10; 
14
15put(9)=20; //以put(9)函數(shù)值作為左值，等價(jià)于vals[9]=10; 
16
17cout<<vals[0]; 
18
19cout<<vals[9];
20
21} 
22
23int &put(int n)
24
25{
26
27if (n>=0 && n<=9 ) return vals[n]; 
28
29else { cout<<"subscript error"; return error; }
30
31} 
32

（5）在另外的一些操作符中，卻千萬(wàn)不能返回引用：+-*/ 四則運(yùn)算符。它們不能返回引用，Effective C++[1]的Item23詳細(xì)的討論了這個(gè)問(wèn)題。主要原因是這四個(gè)操作符沒(méi)有side effect，因此，它們必須構(gòu)造一個(gè)對(duì)象作為返回值，可選的方案包括：返回一個(gè)對(duì)象、返回一個(gè)局部變量的引用，返回一個(gè)new分配的對(duì)象的引用、返回一個(gè)靜態(tài)對(duì)象引用。根據(jù)前面提到的引用作為返回值的三個(gè)規(guī)則，第2、3兩個(gè)方案都被否決了。靜態(tài)對(duì)象的引用又因?yàn)?(a+b) == (c+d))會(huì)永遠(yuǎn)為true而導(dǎo)致錯(cuò)誤。所以可選的只剩下返回一個(gè)對(duì)象了。

4、引用和多態(tài)

引用是除指針外另一個(gè)可以產(chǎn)生多態(tài)效果的手段。這意味著，一個(gè)基類的引用可以指向它的派生類實(shí)例。

【例7】：

class 　A;

class 　B：public A{……};

B 　b;

A 　&Ref = b; // 用派生類對(duì)象初始化基類對(duì)象的引用

Ref 只能用來(lái)訪問(wèn)派生類對(duì)象中從基類繼承下來(lái)的成員，是基類引用指向派生類。如果A類中定義有虛函數(shù)，并且在B類中重寫了這個(gè)虛函數(shù)，就可以通過(guò)Ref產(chǎn)生多態(tài)效果。

引用總結(jié)

（1）在引用的使用中，單純給某個(gè)變量取個(gè)別名是毫無(wú)意義的，引用的目的主要用于在函數(shù)參數(shù)傳遞中，解決大塊數(shù)據(jù)或?qū)ο蟮膫鬟f效率和空間不如意的問(wèn)題。

（2）用引用傳遞函數(shù)的參數(shù)，能保證參數(shù)傳遞中不產(chǎn)生副本，提高傳遞的效率，且通過(guò)const的使用，保證了引用傳遞的安全性。

（3）引用與指針的區(qū)別是，指針通過(guò)某個(gè)指針變量指向一個(gè)對(duì)象后，對(duì)它所指向的變量間接操作。程序中使用指針，程序的可讀性差；而引用本身就是目標(biāo)變量的別名，對(duì)引用的操作就是對(duì)目標(biāo)變量的操作。

（4）使用引用的時(shí)機(jī)。流操作符<<和>>、賦值操作符=的返回值、拷貝構(gòu)造函數(shù)的參數(shù)、賦值操作符=的參數(shù)、其它情況都推薦使用引用。

posted on 2009-10-08 20:04 Error 閱讀(707) 評(píng)論(2)  編輯 收藏 引用 所屬分類: C++