C++中的引用（入门）

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 2024/05/14 

C++中的引用是什么

主要是用来解决指针太麻烦的问题而设计的一种新的语法格式，本质上是指针常量。

相较于指针的优缺点

优点：避免指针的麻烦写法
缺点：无法改变引用的指向、必须声明时初始化

使用引用

引用的语法格式

数据类型 &引用名 = 原变量;

1 2	int a = 3; int &ra = a; // 相当于 const int *ra = a;

引用的特点

必须在声明的同时初始化

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3

int a = 3;
int &ra;      // ❌ declaration of reference variable 'ra' requires an initializer
int &ra = a;  // ✅

必须保证引用类型和被引用变量的类型一致

1 2	int a = 3; long &lra = a; // ❌ non-const lvalue reference to type 'long' cannot bind to a value of unrelated type 'int'

不能够改变指向（不能够换绑）

int a = 3, b = 4;
int &ra = a;
ra = b; // 实际上等同于 a = 4, 并不是改变指向
std::cout << "ra: " << ra << std::endl; // 4
std::cout << "a: " << a << std::endl;   // 4
std::cout << "b: " << b << std::endl;   // 4

引用作为函数参数

例子引入：交换两变量的值

传统指针交换两个变量的值

void SwapByPointer(int *pa, int *pb) {
  // 需要频繁解引用，差评❌
  int t = *pa;
  *pa = *pb;
  *pb = t;
}

int main() {
  SwapByPointer(&a, &b); // 传入需要加取地址符，差评❌
  return 0;
}

引用作为函数参数交换两个变量的值

void SwapByReference(int &ra, int &rb) {
  // 可以直接当成普通变量使用，好评✅
  int t = ra;
  ra = rb;
  rb = t;
}

int main() {
  SwapByReference(a, b); // 直接当成普通的值传入，好评✅
  return 0;
}

例子引入：对传入字面量或常量的处理

形参为普通引用时传入字面量

void PrintValue1(int &ra) {
  cout << "ra: " << ra << endl;
}

int main() {
  PrintValue1(10); // ❌ no matching function for call to 'PrintValue2'
  return 0;
}

形参为常引用时传入字面量

void PrintValue2(const int &cra) {
  cout << "cra: " << cra << endl;
}

int main() {
  int a = 20;
  PrintValue2(10); // ✅
  PrintValue2(a);  // ✅
  return 0;
}

原理：虽然说参数为常引用时，它本质还是指针，依然需要接收地址，但是 C++ 对策略是：当传入参数时, 如果传入的是一个右值, 那么将会有一个临时变量存放这个值, 并且引用将会绑定这个临时变量。
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// 当字面量 20 传入时, 相当于
int temp = 20;
const int &cra = temp;

对指针的引用

语法格式

数据类型 *&引用名 = 原指针;

例子引入：在函数内改变指针的指向

传统二级指针

void Allocate1(int **pp) {
  *pp = new int(10);
}

int main() {
  int *p1 = nullptr;
  Allocate1(&p1);
  return 0;
}

对一级指针的引用

void Allocate2(int *&rp) {
  rp = new int(20);
}

int main() {
  int *p2 = nullptr;
  Allocate1(p2);
  return 0;
}

引用作为函数的返回值

返回一个有效引用的前提

如果要保证返回一个有效的引用，那么返回变量的生命周期必须要长于用于接收的引用，否则就是野指针。

返回引用的一些例子

局部变量作为引用返回

// a 的生命周期在函数运行结束之前, 无法被真正接收
int& ReturnLocalVar() {
  int a = 10;
  return a;
}

int main() {
  int &ra = ReturnLocalVar();
  std::cout << "ra: " << ra << std::endl; // 野指针, 乱值
}

静态局部变量作为引用返回

// 无论是全局还是局部的静态变量，生命周期都在程序结束之前, 可以被接收
int& ReturnStaticVar() {
  static int a = 10;
  return a;
}

int main() {
  int &ra = ReturnLocalVar();
  std::cout << "ra: " << ra << std::endl; // 10
}

引用参数作为返回值

// 把传进来的引用 ra 处理完再返回去
int& ReturnRefParam(int &ra, const int value) {
  ra = value;
  return ra;
}

int main() {
  int c = 10;
  int &rc = ReturnRefParam(c, 20);
  cout << "rc: " << rc << endl; // 20

  // 返回的引用可作为左值, 在这里相当于 c = 40
  // c 原本的值是 20, 调用函数时, 在函数内部被改为了 30, 作为引用被返回后又被赋值为 40
  ReturnRefParam(c, 30) = 40;
  cout << "rc: " << rc << endl; // 40
}