Visual C++中的引用的具体理解

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2024-02-12 10:00:37

我是荔园微风,作为一名在IT界整整25年的老兵,今天来聊聊 Visual C++中的引用。

在C++中有一个引用的概念。引用就是一个变量的别名,它需要用另一个变量或对象来初始化自身。引用就像一个人的外号一样,例如:有一个人的名字叫诸葛大力,因他名字太长,所以别人给他取了一个外号叫大力,这样我们叫诸葛大力或大力,指的都是同一个人。下面的代码声明了一个引用dali,并用变量zhugedali进行了初始化。

int zhugedali = 5;
int &dali = zhugedali;//用&表示申明一个引用。引用必须在申明时进行初始化

考虑下面代码:

int zhugedali = 5;
int &dali = zhugedali;
int ali=10;
dali=ali;  
/此处并不是将dali变成ali的引用,而是给dali赋值,此时,zhugedali和dali的值都变成了10

引用和用来初始化引用的变量指向的是同一块内存,因此通过引用或者变量可以改变同一块内存中的内容。引用一旦被初始化,它就代表了一块特定的内存,再也不能代表其他的内存。

引用和指针变量区别

引用只是一个别名,是一个变量或对象的替换名称。引用的地址没有任何意义,因此C++没有提供访问引用本身地址的方法。

引用的地址就是它所引用的变量或者对象的地址,对引用的地址所做的操作就是对被引用的变量或对象的地址所做的操作。引用的内存模型如图所示。

https://img-blog.csdnimg.cn/8e62c7d3b9dd432b9096f3deebc96e5b.jpeg

指针是地址,指针变量要存储地址值,因此要占用存储空间,我们可以随时修改指针变量所保存的地址值,从而指向其他的内存。指针变量的内存模型如图所示。

https://img-blog.csdnimg.cn/ae02cea7c19f4ea09a426bfd9e1442f1.jpeg

在编写程序时,很少直接使用引用,即用一个变量来初始化一个引用(int a;int&b=a),如果这么做,那么通过变量和引用都可以修改同一块内存的内容,在程序中就很容易出现问题,不知道此时内存中的值到底是多少了。

引用一般用在函数的形参定义上,在调用函数传参时,我们经常使用指针传递,一是避免在实参占较大内存时发生值的复制,二是完成一些特殊的作用,例如,要在函数中修改实参所指向内存中的内容。同样,使用引用作为函数的形参也能完成指针的功能,在有些情况下还能达到比使用指针更好的效果。

我们来看一段程序

#include <iostream>
using namespace std;

//exchange函数主要用来交换a和b的值
void exchange(int &a, int &b);

int main()
{
  int x=5;
  int y=3;
  cout<<"original x="<<x<endl;
  cout<<"original y="<<y<endl;
  exchange(x, y);
  cout<<"exchanged x="<<x<<endl;
  cout<<"exchanged y="<<y<<endl;
  return 0;
}
 
void exchange(int &a, int &b)
{
  a=a^b; //异或
  b=a^b; //异或
  a=a^b; //异或
}

大家注意看,在main()函数中,有一个exchange(x.y)函数,此处如果用指针传递,则调用 exchange(&x, &y),这样很容易让人迷惑,不知道交换的是x和y的值,还是x和y的地址?此处用引用可读性就比指针要好。

对于习惯于使用C语言来进行编写程序的朋友来说,在学习C++的过程当中遇见了引用&符号会有不适应,因为在C语言中的&是取地址符。但是在C++中&有着不一样的用处,当你能够正确掌握C++的&,它将会是你在编写C++程序中的一把提高代码执行效率和增强代码质量的工具。

引用不是新定义的一个变量,它是给已存在的某个变量取的别名,编译器不会为引用变量开辟空间,它和它所引用的变量共用同一块内存空间。所以对引用的操作就是对它所引用的变量的操作。下面进行详细说明。

基本引用

基本格式:类型标识符& 引用名 = 目标变量名

#include<iostream>
using namespace std;
 
int main()
{
    int a = 1;
    int e = 2;
    int &b = a;
    int &f;//错误 未初始化
    int &b = e;//错误 引用其他实体
 
    cout << "a: " << &a << endl;//此处&不是引用,是打印a和b的地址
    cout << "b: " << &b << endl;//&a == &b说明a和b指向的是同一块内存空间
 
    int &c = b;//引用一个引用变量,别名的别名
    int &d = c;//其中a,b,c,d全部都指向一个内存空间
 
    c = 2;//对其中一个进行操作,则其余的都会被改变。
    cout << a << b << c << d << endl;
    return 0;
}

&在上面的代码中不是求地址运算,而是起到了标识作用。引用类型必须是和目标变量是同一类型的。引用在声名时必须初始化。一个变量可以有多个引用。引用一旦引用了一个实体就不能再引用其他实体。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元素集合,所以无法建立一个数组的别名。

引用做为参数

引用的一个重要作用就是作为函数的参数,C语言中函数传参一般是值传递,如果有大的数据作为参数传递的时候,往往采取指针传递,因为这样可以避免较多的数据压栈,可以提高程序的效率。现在C++中也有一种具有同样效率的方式,就是引用。

值传递是传递了原有对象的一个副本,所以调用函数可以改变副本的值,但是对源对象没有任何影响。

void Swap(int val1,  int val2)
{
        int tmp = val1;
        val1 = val2;
        val2 = tmp;
}

引用传递是传递了对象的引用,对引用的操作会改变源对象本身。

void Swap(int &val1,  int &val2)
{
        int tmp = val1;
        val1 = val2;
        val2 = tmp;
}

指针传递参数本质上是值传递的方式,它所传递的是一个地址值,但是地址是唯一的,所以指针可以通过对地址的访问,进而修改其内容。

void Swap(int* pval1,  int* pval2)
{
        int tmp = *pval1;
        *pval1 = *pval2;
        *pval2 = tmp;
}

如果既要利用引用来提高程序的效率,又担心传递给函数的数据在函数中被改变,我们就可以使用常引用来解决。

常引用

基本格式:const 类型标识符& 引用名 = 目标变量

C++中const函数的定义如下:

const 是 constant 的缩写,本意是不变的,不易改变的意思。 在 C++ 中是用来修饰内置类型变量,自定义对象,成员函数,返回值,函数参数。 C++ const 允许指定一个语义约束,编译器会强制实施这个约束,允许程序员告诉编译器某值是保持不变的。 如果在编程中确实有某个值保持不变,就应该明确使用const,这样可以获得编译器的帮助。

所以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。

void Test()
{
   int d1 = 1;
   const int & d2 = d1;

   d2 = 2;//错误,不能给常量赋值。        
   d1 = 2;//d1改变,d2的值也会改变。

   const int d3 = 3;
   const int & d4 = d3;

   //int& d5 = d3;错误,只有常引用可以引用常量
   const int & d6 = 5;//常量具有常性,只有常引用可以引用常量
   double d7 = 1.1;

   int& d8 = d7;//d7是double类型,d8是int,d7赋值给 d8时要强制类型转换,生成一个临时变量,d8引用的是这个带有常性的临时变量,所以不能赋值。
   const int& d9 = d7;//ok

}

下面"hello"串会产生一个临时对象,而在C++中,这些临时对象都是const类型的。因此上面的表达式就是试图将一个const类型的对象转换为非const类型,这是非法的。

void test(string& s)        //错误,常量具有常性,只有常引用可以引用常量
{
        ....;
}

void test(const string& s)        //正确
{
        ....;
}

int main()
{
        test("hello!");        
}

 引用型参数在能被定义为const的情况下,尽量定义为const 。

引用作为返回值

基本格式:类型标识符 &函数名(形参列表及类型说明) {函数体}

引用作为函数的返回值时,函数的返回值可以理解为函数返回了一个变量(事实上,函数返回引用时,它返回的是一个指向返回值的隐式指针),因此,值为引用的函数可以用作赋值运算符的左操作数。不能返回局部变量的引用。因为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"无所指"的引用,程序会进入未知状态。静态变量或者全局变量,可以成为其他引用的初始值。不能返回函数内部new分配的内存的引用。可以返回类成员的引用,但最好是const。

int& test1()
{
    int b = 0;
    return b;
}

int& test2()
{
   static int c = 1;
    return c;
}

int e = 2;

int main()
{
    int& a = test1();        //错误
    int& d = test2();        //正确
    int&  f = e;                //正确

    
    cout << a << endl;
    cout << d << endl;
    cout <<  f << endl;

    cout << test2() << endl;        //打印改变前的
    d = 5;
    cout << test2() << endl;        //打印改变后的
    return 0;
}

 不要返回一个临时变量的引用。如果返回对象出了当前函数的作用域依旧存在,则最好使用引用返回,因为这样更高效。

总结

引用和指针的不同点:

  1. 引用在定义时必须初始化,指针没有要求

  2. 引用在初始化时引用一个实体后,就不能再引用其他实体,而指针可以在任何时候指向任何一个同类型 实体

  3. 没有NULL引用,但有NULL指针

  4. 在sizeof中含义不同:引用结果为引用类型的大小,但指针始终是地址空间所占字节个数(32位平台下占4个字节)

  5. 引用自加即引用的实体增加1,指针自加即指针向后偏移一个类型的大小

  6. 有多级指针,但是没有多级引用

  7. 访问实体方式不同,指针需要显式解引用,引用编译器自己处理

  8. 引用比指针使用起来相对更安全

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间不如意的问题。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const的使用,保证了引用传递的安全性。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,对引用的操作就是对目标变量的操作。使用引用的时机。流操作符<<和>>、赋值操作符=的返回值、拷贝构造函数的参数、赋值操作符=的参数、其它情况都推荐使用引用。


文章来源: https://blog.csdn.net/wang2015cn/article/details/131453801
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