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C++引用的使用与const修饰符
来源:jb51  时间:2021/11/16 13:13:10  对本文有异议

1、引用

引用是给已经定义的变量一个别名,可以简单理解成同一个变量的昵称。既然是昵称或者是别名,显然它和原本的变量名有着同样的效力。所以我们对别名进行修改,原本的变量值也一样会发生变化。

我们通过符号&来表明引用,

比如下面这个例子,我们创建了a变量的一个引用b

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

由于b是a的一个引用,本质上来说它们是同一个变量,只不过名称不同。所以我们对b修改,等价于对a进行同样的修改。所以输出的结果是4。

也就是说我们需要把引用变量和原变量当成是同样的变量,只不过名称不同,其中一个发生变化,另外一个一样会生效。

看上去有些像是指针,因为创建指针也能有类似的效果:

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

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

但是引用和指针还是有些区别,这个问题在C++相关的面试当中经常会问到,也是作为基本功的考察之一。

首先一个区别是,引用必须在声明的时候就进行初始化,没办法先声明再赋值:

int *pt;  // 合法
int &b;  // 非法


从这个角度来说,引用更接近const指针,一旦与某个变量关联就不能再指向其他变量:

int &b = a;
// 等价于
int *const pt = &a;


在这个例子当中,b等价于*pt。

如果我们输出引用和原变量的地址,会得到同样的结果:

int a = 3;
int &b = a;

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

2、函数引用传递

其实到这里有一个问题,既然引用只是别名,我们已经有了原本的变量名可以用了,又何必多此一举创建变量的引用呢?

所以引用不是为了顺序执行的逻辑创建的,一个最常见的使用场景就是函数参数传递的时候,可以设置函数接收的变量类型为引用。

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;
}

我们创建了两个swap函数,其中一个传递的参数是引用,另外一个就是普通的值传递。如果大家去分别调用这两个函数进行尝试,会发现swap2函数没有生效。

因为值传递的时候,会发生拷贝,也就是说函数内部接受的其实是变量的拷贝。我们对于拷贝无论如何修改也不会影响原值,而传引用就不一样了。前面说过,引用和原变量是等价的。我们对引用进行修改等价于对原变量进行修改。

这样的话,我们就可以实现在函数体内部对外部传入的参数进行修改。在一些特殊的场景当中,非常方便。比如一些复杂的树形数据结构,通过使用引用可以大大降低代码的编写难度。

除此之外,使用引用还有一个好处,既然我们传递的引用和原值是等价的。那么也就免去了拷贝变量的开销,如果我们传递的是int,double这样的变量还好,如果是一个包含大量元素的容器,如vector,set,map等,使用引用传递可以带来明显的效率提升,也会降低内存开销。

3、引用与const

前文当中说过,我们可以让函数接收一个引用变量,从而免去变量拷贝的开销,达到提升程序运行效率的目的。

如果我们想要传递引用,但又不希望在函数内部对引用的变量进行修改,以免影响外部变量。我们可以使用常量引用,也就是加上const修饰符。

double sqrt(const double &x);


由于我们加上了const修饰符,当我们在函数内部对引用进行修改的时候,会触发编译器的报错。一般来说,如果传递的只是基本类型的变量,我们其实没有必要这么操作,直接值传递即可。这种做法一般用在传递一些大型结构体或者是大型容器的时候。

这里有一个小细节需要当心,由于我们传递的是引用,需要保证传递的参数是一个实参,而不是表达式。如这样的代码编译时会报错:

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);
}  

报错的原因在于,函数distance接收的是一个double类型的引用,而我们传递的却是x+3这样的表达式。显然表达式没有对应的引用。所以编译器会报错,告诉我们参数类型不匹配:

但神奇的是,如果我们把函数签名稍微改一下,加上const修饰符,会发现报错消失了:

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

这并不是编译器的bug,而是编译器针对const引用做了特殊处理。当编译器发现传入的不是double类型的变量的时候,它会创建一个临时的无名变量,将这个临时变量初始化成x+3.0 ,然后再传入这个临时变量的引用。C++只会对const引用参数执行这个操作。

除了表达式之外,如果变量的类型不匹配也一样会创建临时变量。这些临时变量只会在函数调用期间存在,函数运行结束之后,编译器会将其删除。

为什么会有这样的设计呢?C++ Primer当中提供了这样一个例子:

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++没有严格限制的情况下,这段代码会发生什么呢?

由于类型不匹配,所以编译器会创建两个临时的int变量,但它们初始化成3和5,再传入函数当中。然后执行函数当中交换变量的逻辑,但问题是,我们交换的是两个临时变量,原变量并不会生效。

所以后来版本的C++优化了这个问题,禁止了传递引用时创建临时变量。而当引用有const修饰时并不会对原值进行修改,并不会影响逻辑和结果,所以豁免了这个禁令。

4、const修饰符的优点

在函数签名当中,如果要接收引用,我们要尽可能使用const,我们来看下这样做的好处:

  • 可以避免无意中修改数据
  • 可以处理const和非const参数,否则,只能接受非const变量
  • 可以接受临时变量

到此这篇关于C++引用的使用与const修饰符的文章就介绍到这了,更多相关C++引用与const内容请搜索w3xue以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持w3xue!

这篇文章转自公众号:Coder梁(ID:Coder_LT)

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