《C++程序设计》阅读笔记【5-引用】

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1 引用
- 1.1 概念
- 1.2 和引用相关的操作
- - 1.2.1 什么能被引用
- 1.3 用引用传递函数参数
- 1.4 用引用返回值
- 1.5 const限定引用
- 1.6 返回堆中变量的引用
2 总结

1 引用

1.1 概念

引用作为目标的别名而使用，对引用的改动实际就是对目标的改动。

例如：rInt就是someInt的引用

int someInt;
int  &rInt = someInt;
//int &rInt、int& rInt、int & rInt都是等价的

引用不是值，不占存储空间，声明引用时，目标的存储状态不会改变。

引用只有声明，没有定义（定义必然设计到分配具体空间）

引用在声明时必须被初始化，则会产生编译错误。例如：int &rInt是错误的

虽然引用运算符与地址操作符使用相同的符号（&），但它们不是一样的

&除了引用之外，其他任何时候使用都表示取地址操作符。例如int i=1; cout<<&i;是输出整形变量i的地址。

1.2 和引用相关的操作

引用的地址是被引用目标的地址

引用被建立后，实际上就不能让引用指向新的引用目标，因为对引用的操作就是对其引用目标的操作。请看下面的例子：

#include<iostream>
using namespace std;int main(){int origin = 1;int & r_origin = origin; //建立对origin变量的引用cout<<&origin<<endl;cout<<&r_origin<<endl; //输出两者的地址cout<<origin<<endl;cout<<r_origin<<endl; //输出两者的值int other = 2; //新建立一个int变量r_origin = other; //试图让引用指向新的引用目标cout<<origin<<endl;cout<<r_origin<<endl;cout<<other<<endl;//输出三者的值exit(0);
}

结果：

从上面这个例子也可以看出引用和指针的差别：

引用不能改变指向，但是指针是可以改变指向的（指针常量除外）

1.2.1 什么能被引用

~~若一个引用对象被声明为Type &r = value，则要求value是Type类型，或者value可以被隐式转换为Type类型。~~

有待商榷，我的C++03版本的dev中，下面的代码是错误的：
int main(){int a = 1;double &b = a;return 0;
}

~~如果引用类型Type的初始值不是一个左值，那么将建立一个Type类型的目标并用初始值初始化，那个目标的地址变成引用的值。~~

事实上我感觉这条有待商榷。我的C++版本是C++03。下列代码都是错误的：
void test02() {double& r_dou_1 = 1;double& r_dou_2 = 1.0;
}
只有这样才是正确的：
void test02() {double sour = 1.0;double& r_dou_2 = sour;
}

指针也是一种数据类型，也可以被引用。例如：

void test03(){int b=1;int* a = &b;int* &point_r = a;cout<<*point_r<<endl;
}

结果：

TIP：
int* a = &1;是错误的，只能像int b=1; int* a = &b;才可以。

因为1是一个常量右值，它没有一个明确的内存地址

不可以对void进行引用。例如

void& a=3; //error

void只是在语法上相当于一个类型，本质上不是类型，没有任何一个变量或对象的其类型为void。

~~数组不能被引用~~

一方面，数组是某个数据类型元素的集合，每个元素皆为引用，意味着每个元素必须初始化为其他内存实体；并且数组的大小必须在编译时就确定，但是引用是在运行时才进行绑定的，因此引用的数组是错误的；

另一方面，数组名只是表示该元素集合空间的起始地址，若对其引用，那就是数组的别名，与指向数组的指针没有什么区别

其实好像也是可以引用的，例如：
int main(){int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};int (&ref)[5] = arr; // 引用数组cout<<ref<<endl;return 0;
}
其结果就是：

不可以对引用再次引用，也不可以用指针指向引用

其实很好理解，引用本质上不是对象，不占用内存空间。被引用和指向的目标都必须是一个对象。

引用不可以使用类型来初始化

例如：

int &ra = int; //error

理解：引用是变量或者对象的引用，而不是类型的引用

空引用不能存在，如：int &r = NULL是错误的

1.3 用引用传递函数参数

因为引用就是变量的别名，传递引用就是在传递引用对象本身。

传递引用给函数与传递指针的效果一样，传递的是原来的变量或对象（事实上，在底层还是通过传递地址的方式实现的），而不是在函数作用域内建立变量或对象的副本。

例子：使用引用交换变量值

void swap(int &x,int &y){int temp = x;x = y;y = temp;
}void run_swap(){int a=0;int b=4;cout<<a<<endl;cout<<b<<endl;swap(a,b);cout<<a<<endl;cout<<b<<endl;
}int main(){run_swap();
}

结果：

注意：下面的两个重载函数会报错：

1.4 用引用返回值

请看以下例子：

对于第一种情况：

fn1以值的形式返回。在返回全局变量temp时，编译器会在fn1函数的栈空间中，创建临时变量存储temp的值。之后再将该临时变量赋值给a。

对于第二种情况：

fn1以值的形式返回。与第一种情况相同，编译器同样会创建临时变量。但是接受该变量的是一个引用，于是引用b的引用变量就变成了该临时变量。但是，由于临时变量是存储在fn1的栈空间中的，但是当fn1返回后，其数据就会被销毁，所以引用b就会指向一个无意义的数据。因此会出现warning。正确做法是这样的：

int  x = fn1(5.0);
int &b = x;

对于第三种情况：

fn2以引用的形式返回，因此不会创建数据副本，而是直接把c赋值为全局变量temp的值。

对于第四种情况：

以引用的形式返回，同时以引用的形式接受。这时候，引用d的目标对象就是temp。

返回局部变量的引用是错误的（类似于返回局部变量的指针）。因为这可能导致对已释放内存的引用或失效的对象的引用，进而引发未定义行为。

1.5 const限定引用

简单来说，加上const之后，引用就只能被读，不能被修改

例如下面的代码：

其结果为：（代码较简单，不详细解释）

1.6 返回堆中变量的引用

小tip：

正确代码：
int *p =  new int(20);
int* &ref = p;
错误代码：
int* &ref = new int(20);
解释：原因是 new int(20) 返回的是一个右值（rvalue），而非左值（lvalue）。在C++中，非const引用无法绑定到右值，因为右值通常是临时的，不可修改。

考虑到new不一定能成功申请到内存，所以可能返回NULL，但是引用不可以是NULL。所以最好增加一个检查

释放内存：

在上述的例子中，ref是指针p的引用，因此可以使用delete ref或delete p释放。

当然，假如代码是这样的：
int *p =  new int(20);
int &ref = *p;
那么，使用delete &ref（注意这里的&是取地址操作）或者delete p释放。