C++引用10分钟入门教程
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2023-03-14
我们知道,参数的传递本质上是一次赋值的过程,赋值就是对内存进行拷贝。所谓内存拷贝,是指将一块内存上的数据复制到另一块内存上。
对于像 char、bool、int、float 等基本类型的数据,它们占用的内存往往只有几个字节,对它们进行内存拷贝非常快速。而数组、结构体、对象是一系列数据的集合,数据的数量没有限制,可能很少,也可能成千上万,对它们进行频繁的内存拷贝可能会消耗很多时间,拖慢程序的执行效率。
C/ C++ 禁止在函数调用时直接传递数组的内容,而是强制传递数组 指针,这点已在《 C语言指针变量作为函数参数》中进行了讲解。而对于结构体和对象没有这种限制,调用函数时既可以传递指针,也可以直接传递内容;为了提高效率,我曾建议传递指针,这样做在大部分情况下并没有什么不妥,读者可以点击《 C语言结构体指针》进行回顾。
但是在 C++ 中,我们有了一种比指针更加便捷的传递聚合类型数据的方式,那就是 引用(Reference)。
引用的定义方式类似于指针,只是用
下面是一个演示引用的实例:
99, 99
0x28ff44, 0x28ff44
本例中,变量 r 就是变量 a 的引用,它们用来指代同一份数据;也可以说变量 r 是变量 a 的另一个名字。从输出结果可以看出,a 和 r 的地址一样,都是
注意,引用在定义时需要添加
由于引用 r 和原始变量 a 都是指向同一地址,所以通过引用也可以修改原始变量中所存储的数据,请看下面的例子:
47, 47
最终程序输出两个 47,可见原始变量 a 的值已经被引用变量 r 所修改。
如果读者不希望通过引用来修改原始的数据,那么可以在定义时添加 const 限制,形式为:
至于实参和形参是如何绑定的,我们将在下节《 C++引用在本质上是什么,它和指针到底有什么区别?》中讲解,届时我们会一针见血地阐明引用的本质。
一个能够展现按引用传参的优势的例子就是交换两个数的值,请看下面的代码:
Input two integers: 12 34↙
12 34
Input two integers: 88 99↙
99 88
Input two integers: 100 200↙
200 100
本例演示了三种交换变量的值的方法:
1) swap1() 直接传递参数的内容,不能达到交换两个数的值的目的。对于 swap1() 来说,a、b 是形参,是作用范围仅限于函数内部的局部变量,它们有自己独立的内存,和 num1、num2 指代的数据不一样。调用函数时分别将 num1、num2 的值传递给 a、b,此后 num1、num2 和 a、b 再无任何关系,在 swap1() 内部修改 a、b 的值不会影响函数外部的 num1、num2,更不会改变 num1、num2 的值。
2) swap2() 传递的是指针,能够达到交换两个数的值的目的。调用函数时,分别将 num1、num2 的指针传递给 p1、p2,此后 p1、p2 指向 a、b 所代表的数据,在函数内部可以通过指针间接地修改 a、b 的值。我们在《 C语言指针变量作为函数参数》中也对比过第 1)、2) 中方式的区别。
2) swap3() 是按引用传递,能够达到交换两个数的值的目的。调用函数时,分别将 r1、r2 绑定到 num1、num2 所指代的数据,此后 r1 和 num1、r2 和 num2 就都代表同一份数据了,通过 r1 修改数据后会影响 num1,通过 r2 修改数据后也会影响 num2。
从以上代码的编写中可以发现,按引用传参在使用形式上比指针更加直观。在以后的 C++ 编程中,我鼓励读者大量使用引用,它一般可以代替指针(当然指针在C++中也不可或缺),C++ 标准库也是这样做的。
20 20
在将引用作为函数返回值时应该注意一个小问题,就是不能返回局部数据(例如局部变量、局部对象、局部数组等)的引用,因为当函数调用完成后局部数据就会被销毁,有可能在下次使用时数据就不存在了,C++ 编译器检测到该行为时也会给出警告。
更改上面的例子,让 plus10() 返回一个局部数据的引用:
对于像 char、bool、int、float 等基本类型的数据,它们占用的内存往往只有几个字节,对它们进行内存拷贝非常快速。而数组、结构体、对象是一系列数据的集合,数据的数量没有限制,可能很少,也可能成千上万,对它们进行频繁的内存拷贝可能会消耗很多时间,拖慢程序的执行效率。
C/ C++ 禁止在函数调用时直接传递数组的内容,而是强制传递数组 指针,这点已在《 C语言指针变量作为函数参数》中进行了讲解。而对于结构体和对象没有这种限制,调用函数时既可以传递指针,也可以直接传递内容;为了提高效率,我曾建议传递指针,这样做在大部分情况下并没有什么不妥,读者可以点击《 C语言结构体指针》进行回顾。
但是在 C++ 中,我们有了一种比指针更加便捷的传递聚合类型数据的方式,那就是 引用(Reference)。
在 C/C++ 中,我们将 char、int、float 等由语言本身支持的类型称为基本类型,将数组、结构体、类(对象)等由基本类型组合而成的类型称为聚合类型(在讲解结构体时也曾使用复杂类型、构造类型这两种说法)。引用(Reference)是 C++ 相对于C语言的又一个扩充。 引用可以看做是数据的一个别名,通过这个别名和原来的名字都能够找到这份数据。引用类似于 Windows 中的快捷方式,一个可执行程序可以有多个快捷方式,通过这些快捷方式和可执行程序本身都能够运行程序;引用还类似于人的绰号(笔名),使用绰号(笔名)和本名都能表示一个人。
引用的定义方式类似于指针,只是用
&
取代了
*
,语法格式为:
type &name = data;
type 是被引用的数据的类型,name 是引用的名称,data 是被引用的数据。 引用必须在定义的同时初始化,并且以后也要从一而终,不能再引用其它数据,这有点类似于常量(const 变量)。下面是一个演示引用的实例:
#include <iostream> using namespace std; int main() { int a = 99; int &r = a; cout << a << ", " << r << endl; cout << &a << ", " << &r << endl; return 0; }运行结果:
99, 99
0x28ff44, 0x28ff44
本例中,变量 r 就是变量 a 的引用,它们用来指代同一份数据;也可以说变量 r 是变量 a 的另一个名字。从输出结果可以看出,a 和 r 的地址一样,都是
0x28ff44
;或者说地址为
0x28ff44
的内存有两个名字,a 和 r,想要访问该内存上的数据时,使用哪个名字都行。
注意,引用在定义时需要添加
&
,在使用时不能添加&
,使用时添加&
表示取地址。如上面代码所示,第 6 行中的
&
表示引用,第 8 行中的
&
表示取地址。除了这两种用法,
&
还可以表示位运算中的与运算。
由于引用 r 和原始变量 a 都是指向同一地址,所以通过引用也可以修改原始变量中所存储的数据,请看下面的例子:
#include <iostream> using namespace std; int main() { int a = 99; int &r = a; r = 47; cout << a << ", " << r << endl; return 0; }运行结果:
47, 47
最终程序输出两个 47,可见原始变量 a 的值已经被引用变量 r 所修改。
如果读者不希望通过引用来修改原始的数据,那么可以在定义时添加 const 限制,形式为:
const type &name = value;
也可以是:type const &name = value;
这种引用方式为常引用C++引用作为函数参数
在定义或声明函数时,我们可以将函数的形参指定为引用的形式,这样在调用函数时就会将实参和形参绑定在一起,让它们都指代同一份数据。如此一来,如果在函数体中修改了形参的数据,那么实参的数据也会被修改,从而拥有“在函数内部影响函数外部数据”的效果。至于实参和形参是如何绑定的,我们将在下节《 C++引用在本质上是什么,它和指针到底有什么区别?》中讲解,届时我们会一针见血地阐明引用的本质。
一个能够展现按引用传参的优势的例子就是交换两个数的值,请看下面的代码:
#include <iostream> using namespace std; void swap1(int a, int b); void swap2(int *p1, int *p2); void swap3(int &r1, int &r2); int main() { int num1, num2; cout << "Input two integers: "; cin >> num1 >> num2; swap1(num1, num2); cout << num1 << " " << num2 << endl; cout << "Input two integers: "; cin >> num1 >> num2; swap2(&num1, &num2); cout << num1 << " " << num2 << endl; cout << "Input two integers: "; cin >> num1 >> num2; swap3(num1, num2); cout << num1 << " " << num2 << endl; return 0; } //直接传递参数内容 void swap1(int a, int b) { int temp = a; a = b; b = temp; } //传递指针 void swap2(int *p1, int *p2) { int temp = *p1; *p1 = *p2; *p2 = temp; } //按引用传参 void swap3(int &r1, int &r2) { int temp = r1; r1 = r2; r2 = temp; }运行结果:
Input two integers: 12 34↙
12 34
Input two integers: 88 99↙
99 88
Input two integers: 100 200↙
200 100
本例演示了三种交换变量的值的方法:
1) swap1() 直接传递参数的内容,不能达到交换两个数的值的目的。对于 swap1() 来说,a、b 是形参,是作用范围仅限于函数内部的局部变量,它们有自己独立的内存,和 num1、num2 指代的数据不一样。调用函数时分别将 num1、num2 的值传递给 a、b,此后 num1、num2 和 a、b 再无任何关系,在 swap1() 内部修改 a、b 的值不会影响函数外部的 num1、num2,更不会改变 num1、num2 的值。
2) swap2() 传递的是指针,能够达到交换两个数的值的目的。调用函数时,分别将 num1、num2 的指针传递给 p1、p2,此后 p1、p2 指向 a、b 所代表的数据,在函数内部可以通过指针间接地修改 a、b 的值。我们在《 C语言指针变量作为函数参数》中也对比过第 1)、2) 中方式的区别。
2) swap3() 是按引用传递,能够达到交换两个数的值的目的。调用函数时,分别将 r1、r2 绑定到 num1、num2 所指代的数据,此后 r1 和 num1、r2 和 num2 就都代表同一份数据了,通过 r1 修改数据后会影响 num1,通过 r2 修改数据后也会影响 num2。
从以上代码的编写中可以发现,按引用传参在使用形式上比指针更加直观。在以后的 C++ 编程中,我鼓励读者大量使用引用,它一般可以代替指针(当然指针在C++中也不可或缺),C++ 标准库也是这样做的。
C++引用作为函数返回值
引用除了可以作为函数形参,还可以作为函数返回值,请看下面的例子:#include <iostream> using namespace std; int &plus10(int &r) { r += 10; return r; } int main() { int num1 = 10; int num2 = plus10(num1); cout << num1 << " " << num2 << endl; return 0; }运行结果:
20 20
在将引用作为函数返回值时应该注意一个小问题,就是不能返回局部数据(例如局部变量、局部对象、局部数组等)的引用,因为当函数调用完成后局部数据就会被销毁,有可能在下次使用时数据就不存在了,C++ 编译器检测到该行为时也会给出警告。
更改上面的例子,让 plus10() 返回一个局部数据的引用:
#include <iostream> using namespace std; int &plus10(int &r) { int m = r + 10; return m; //返回局部数据的引用 } int main() { int num1 = 10; int num2 = plus10(num1); cout << num2 << endl; int &num3 = plus10(num1); int &num4 = plus10(num3); cout << num3 << " " << num4 << endl; return 0; }在 Visual Studio 下的运行结果:
20
-858993450 -858993450
20
30 30
20
30 0
20
20 30