快捷導(dǎo)航

C++引用的使用與const修飾符

更新時(shí)間：2021年11月16日 11:25:31 作者：梁唐

這篇文章介紹了C++引用使用與const修飾符,引用是給已經(jīng)定義的變量一個(gè)別名,可以簡(jiǎn)單理解成同一個(gè)變量的昵稱(chēng),既然是昵稱(chēng)或者是別名,顯然它和原本的變量名有著同樣的效力,所以我們對(duì)別名進(jìn)行修改,原本的變量值也一樣會(huì)發(fā)生變化,下面來(lái)看看詳細(xì)內(nèi)容,需要的朋友可以參考下

1、引用

引用是給已經(jīng)定義的變量一個(gè)別名，可以簡(jiǎn)單理解成同一個(gè)變量的昵稱(chēng)。既然是昵稱(chēng)或者是別名，顯然它和原本的變量名有著同樣的效力。所以我們對(duì)別名進(jìn)行修改，原本的變量值也一樣會(huì)發(fā)生變化。

我們通過(guò)符號(hào)&來(lái)表明引用，

比如下面這個(gè)例子，我們創(chuàng)建了a變量的一個(gè)引用b

int a = 3;
int &b = a;
b++;
cout << a << endl;

由于b是a的一個(gè)引用，本質(zhì)上來(lái)說(shuō)它們是同一個(gè)變量，只不過(guò)名稱(chēng)不同。所以我們對(duì)b修改，等價(jià)于對(duì)a進(jìn)行同樣的修改。所以輸出的結(jié)果是4。

也就是說(shuō)我們需要把引用變量和原變量當(dāng)成是同樣的變量，只不過(guò)名稱(chēng)不同，其中一個(gè)發(fā)生變化，另外一個(gè)一樣會(huì)生效。

看上去有些像是指針，因?yàn)閯?chuàng)建指針也能有類(lèi)似的效果：

int a = 3;
int *p = &a;

*p++;
cout << a << endl;

但是引用和指針還是有些區(qū)別，這個(gè)問(wèn)題在C++相關(guān)的面試當(dāng)中經(jīng)常會(huì)問(wèn)到，也是作為基本功的考察之一。

首先一個(gè)區(qū)別是，引用必須在聲明的時(shí)候就進(jìn)行初始化，沒(méi)辦法先聲明再賦值：

int *pt;  // 合法
int &b;  // 非法

從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，引用更接近c(diǎn)onst指針，一旦與某個(gè)變量關(guān)聯(lián)就不能再指向其他變量：

int &b = a;
// 等價(jià)于
int *const pt = &a;

在這個(gè)例子當(dāng)中，b等價(jià)于*pt。

如果我們輸出引用和原變量的地址，會(huì)得到同樣的結(jié)果：

int a = 3;
int &b = a;

cout << &a << " " << &b << endl;

2、函數(shù)引用傳遞

其實(shí)到這里有一個(gè)問(wèn)題，既然引用只是別名，我們已經(jīng)有了原本的變量名可以用了，又何必多此一舉創(chuàng)建變量的引用呢？

所以引用不是為了順序執(zhí)行的邏輯創(chuàng)建的，一個(gè)最常見(jiàn)的使用場(chǎng)景就是函數(shù)參數(shù)傳遞的時(shí)候，可以設(shè)置函數(shù)接收的變量類(lèi)型為引用。

如：

void swap1(int& a, int& b) {
    int temp = b;
    b = a;
    a = temp;
}

void swap2(int a, int b) {
    int temp = b;
    b = a;
    a = temp;
}

我們創(chuàng)建了兩個(gè)swap函數(shù)，其中一個(gè)傳遞的參數(shù)是引用，另外一個(gè)就是普通的值傳遞。如果大家去分別調(diào)用這兩個(gè)函數(shù)進(jìn)行嘗試，會(huì)發(fā)現(xiàn)swap2函數(shù)沒(méi)有生效。

因?yàn)橹祩鬟f的時(shí)候，會(huì)發(fā)生拷貝，也就是說(shuō)函數(shù)內(nèi)部接受的其實(shí)是變量的拷貝。我們對(duì)于拷貝無(wú)論如何修改也不會(huì)影響原值，而傳引用就不一樣了。前面說(shuō)過(guò)，引用和原變量是等價(jià)的。我們對(duì)引用進(jìn)行修改等價(jià)于對(duì)原變量進(jìn)行修改。

這樣的話(huà)，我們就可以實(shí)現(xiàn)在函數(shù)體內(nèi)部對(duì)外部傳入的參數(shù)進(jìn)行修改。在一些特殊的場(chǎng)景當(dāng)中，非常方便。比如一些復(fù)雜的樹(shù)形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通過(guò)使用引用可以大大降低代碼的編寫(xiě)難度。

除此之外，使用引用還有一個(gè)好處，既然我們傳遞的引用和原值是等價(jià)的。那么也就免去了拷貝變量的開(kāi)銷(xiāo)，如果我們傳遞的是int，double這樣的變量還好，如果是一個(gè)包含大量元素的容器，如vector,set,map等，使用引用傳遞可以帶來(lái)明顯的效率提升，也會(huì)降低內(nèi)存開(kāi)銷(xiāo)。

3、引用與const

前文當(dāng)中說(shuō)過(guò)，我們可以讓函數(shù)接收一個(gè)引用變量，從而免去變量拷貝的開(kāi)銷(xiāo)，達(dá)到提升程序運(yùn)行效率的目的。

如果我們想要傳遞引用，但又不希望在函數(shù)內(nèi)部對(duì)引用的變量進(jìn)行修改，以免影響外部變量。我們可以使用常量引用，也就是加上const修飾符。

double sqrt(const double &x);

由于我們加上了const修飾符，當(dāng)我們?cè)诤瘮?shù)內(nèi)部對(duì)引用進(jìn)行修改的時(shí)候，會(huì)觸發(fā)編譯器的報(bào)錯(cuò)。一般來(lái)說(shuō)，如果傳遞的只是基本類(lèi)型的變量，我們其實(shí)沒(méi)有必要這么操作，直接值傳遞即可。這種做法一般用在傳遞一些大型結(jié)構(gòu)體或者是大型容器的時(shí)候。

這里有一個(gè)小細(xì)節(jié)需要當(dāng)心，由于我們傳遞的是引用，需要保證傳遞的參數(shù)是一個(gè)實(shí)參，而不是表達(dá)式。如這樣的代碼編譯時(shí)會(huì)報(bào)錯(cuò)：

double distance(double &x, double &y) {
    return sqrt(x * x + y * y);
}

int main() {
 double x = 3.0, y = 4.0;
 cout << distance(x + 3.0, y + 4.0);
}

報(bào)錯(cuò)的原因在于，函數(shù)distance接收的是一個(gè)double類(lèi)型的引用，而我們傳遞的卻是x+3這樣的表達(dá)式。顯然表達(dá)式?jīng)]有對(duì)應(yīng)的引用。所以編譯器會(huì)報(bào)錯(cuò)，告訴我們參數(shù)類(lèi)型不匹配：

但神奇的是，如果我們把函數(shù)簽名稍微改一下，加上const修飾符，會(huì)發(fā)現(xiàn)報(bào)錯(cuò)消失了：

double distance(const double &x, const double &y) {
    return sqrt(x * x + y * y);
}

這并不是編譯器的bug，而是編譯器針對(duì)const引用做了特殊處理。當(dāng)編譯器發(fā)現(xiàn)傳入的不是double類(lèi)型的變量的時(shí)候，它會(huì)創(chuàng)建一個(gè)臨時(shí)的無(wú)名變量，將這個(gè)臨時(shí)變量初始化成x+3.0 ，然后再傳入這個(gè)臨時(shí)變量的引用。C++只會(huì)對(duì)const引用參數(shù)執(zhí)行這個(gè)操作。

除了表達(dá)式之外，如果變量的類(lèi)型不匹配也一樣會(huì)創(chuàng)建臨時(shí)變量。這些臨時(shí)變量只會(huì)在函數(shù)調(diào)用期間存在，函數(shù)運(yùn)行結(jié)束之后，編譯器會(huì)將其刪除。

為什么會(huì)有這樣的設(shè)計(jì)呢？C++ Primer當(dāng)中提供了這樣一個(gè)例子：

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

long a = 3, b = 5;
swapr(a, b);

在早期C++沒(méi)有嚴(yán)格限制的情況下，這段代碼會(huì)發(fā)生什么呢？

由于類(lèi)型不匹配，所以編譯器會(huì)創(chuàng)建兩個(gè)臨時(shí)的int變量，但它們初始化成3和5，再傳入函數(shù)當(dāng)中。然后執(zhí)行函數(shù)當(dāng)中交換變量的邏輯，但問(wèn)題是，我們交換的是兩個(gè)臨時(shí)變量，原變量并不會(huì)生效。

所以后來(lái)版本的C++優(yōu)化了這個(gè)問(wèn)題，禁止了傳遞引用時(shí)創(chuàng)建臨時(shí)變量。而當(dāng)引用有const修飾時(shí)并不會(huì)對(duì)原值進(jìn)行修改，并不會(huì)影響邏輯和結(jié)果，所以豁免了這個(gè)禁令。