「C++系列」引用

news2024/9/21 0:31:39

文章目录

一、引用及定义
- 引用的基本用法
- 注意事项
二、引用与指针
- 1. 定义和初始化
- 2. 语法糖
- 3. 空值
- 4. 数组和函数
- 5. 性能
- 6. 用途
三、引用作为参数/返回值
- 1. 把引用作为函数参数
- 2. 把引用作为函数返回值
四、相关链接

一、引用及定义

在C++中，引用（Reference）是一个别名，它是已存在变量的另一个名字。引用在定义时必须被初始化，并且一旦被绑定到一个变量后，它就不能改变为对另一个变量的引用。这意味着引用必须总是指向一个有效的对象，而且不能为空（与指针不同，指针可以在任何时候被设置为nullptr）。

引用的基本用法

定义引用：
引用通过在变量类型后加上&符号来定义。

int a = 10;
int& b = a; // b是a的引用

这里，b是a的引用，它们指向内存中的同一个位置。因此，修改b的值也会改变a的值。

引用作为函数参数：
引用常用作函数参数，以允许函数修改传入的变量。

void modify(int& x) {
    x = 20;
}

int main() {
    int a = 10;
    modify(a);
    std::cout << a; // 输出20
    return 0;
}

在这个例子中，modify函数接收一个int类型的引用x，并修改它指向的值。

引用作为函数返回值：
函数也可以返回引用，但需要注意的是，返回的引用必须指向一个在函数执行完毕后仍然存在的对象。

int& findMax(int& a, int& b) {
    return (a > b) ? a : b;
}

int main() {
    int x = 5, y = 10;
    int& max = findMax(x, y);
    std::cout << max; // 输出10
    max = 20;
    std::cout << x; // 输出10，因为y是更大的数，max是y的引用
    std::cout << y; // 输出20，因为修改了y的值
    return 0;
}

注意，虽然这个例子看似修改了x的值，但实际上它修改了y的值，因为findMax函数返回的是y的引用。

注意事项

引用必须被初始化。
引用一旦绑定到一个对象，就不能改变为另一个对象的引用。
引用不是对象，因此它们没有内存地址。它们只是对象的另一个名字。
引用主要用于函数参数和返回值，以允许函数操作或返回外部对象。
使用引用可以避免拷贝大型对象，提高效率。
引用通常比指针更安全，因为它们必须在定义时初始化，并且不能为空。然而，这也意味着它们在某些情况下（如动态数据结构）的灵活性较低。

二、引用与指针

在C++中，引用（Reference）和指针（Pointer）都是用于间接访问其他变量的机制，但它们之间存在一些关键的区别和用途上的不同。

1. 定义和初始化

引用：必须在定义时被初始化，并且一旦初始化后，就不能改变为引用另一个对象。引用的语法是在类型后面加上&符号。

int a = 10;
int& b = a; // b是a的引用

指针：是一个变量，其存储了另一个变量的内存地址。指针在定义时可以不初始化（但这样做通常是危险的），并且可以在任何时候被改变为指向另一个对象。指针的语法是在类型前面加上*符号。

 int a = 10;
 int* p = &a; // p是指向a的指针
 p = &b; // 现在p指向另一个变量b（假设b已被定义）

2. 语法糖

引用：在大多数情况下，引用的使用更加直观和方便，类似于直接使用变量本身。引用被编译器作为底层指针的语法糖，但在用户代码中，它表现得就像是原始变量的别名。
指针：指针提供了更多的灵活性，但使用起来也更为复杂。指针的解引用（*p）和取地址（&a）操作需要显式的语法。

3. 空值

引用：引用必须指向一个有效的对象，它不能为空。
指针：指针可以被设置为nullptr或NULL（在C++11之前），表示它不指向任何对象。

4. 数组和函数

引用：不能用于指向数组或函数（但可以使用引用的数组或函数参数，但本质上是引用数组或函数的第一个元素或返回值的引用）。
指针：可以指向数组（此时指针表示数组的首元素地址）和函数（此时指针指向函数的入口点）。

5. 性能

在现代编译器和优化的上下文中，引用和指针在性能上几乎没有区别。它们都允许通过间接方式访问内存中的数据。然而，在某些特定情况下（如模板元编程或底层内存操作），指针可能提供更好的控制。

6. 用途

引用：常用于函数参数（尤其是当需要修改原始变量时）和返回值（特别是当需要返回局部对象的引用时，通常使用引用返回以避免拷贝，但需要注意生命周期问题）。
指针：更广泛地用于动态内存管理、链表、树等数据结构、回调函数以及需要直接操作内存地址的场景。

三、引用作为参数/返回值

在C++中，把引用作为函数参数或返回值是一种常见的做法，它提供了多种好处，比如能够避免不必要的对象拷贝、能够修改传入的参数等。

1. 把引用作为函数参数

当函数需要修改传入的参数时，通常会将参数声明为引用。这样做可以避免拷贝参数，提高效率，并且允许函数直接修改原始数据。

#include <iostream>

void swap(int& a, int& b) {
    int temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

int main() {
    int x = 5, y = 10;
    std::cout << "Before swap: x = " << x << ", y = " << y << std::endl;
    swap(x, y);
    std::cout << "After swap: x = " << x << ", y = " << y << std::endl;
    return 0;
}

在这个例子中，swap函数通过引用接收两个int类型的参数，然后交换它们的值。由于参数是通过引用传递的，所以swap函数能够直接修改main函数中x和y的值。

2. 把引用作为函数返回值

当函数需要返回一个大对象时，为了避免不必要的拷贝，可以将函数声明为返回该对象的引用。但是，需要注意的是，返回的引用必须指向一个在函数执行完毕后仍然存在的对象。

#include <iostream>
#include <string>

class MyClass {
public:
    MyClass(const std::string& name) : name_(name) {}
    void setName(const std::string& newName) { name_ = newName; }
    const std::string& getName() const { return name_; }

private:
    std::string name_;
};

MyClass& createAndModifyObject(const std::string& name) {
    static MyClass obj(name); // 使用static保证对象在函数执行完毕后仍然存在
    obj.setName("Modified Name");
    return obj;
}

int main() {
    MyClass& obj = createAndModifyObject("Initial Name");
    std::cout << "Object name: " << obj.getName() << std::endl; // 输出: Object name: Modified Name
    return 0;
}