C++编程语言中引用（reference）介绍

曾经终败给现在 2022-05-23 12:00 209阅读 0赞

本文主要介绍 C++ 编程语言中引用（reference）的相关知识，同时通过示例代码介绍引用的使用方法。

# 1 概述 #

## 1.1 What ##

引用，就是某一变量（目标）的一个别名，对引用的操作等同于对该变量（目标）的直接操作。

**引用是 C++ 语言对 C 语言的重要扩充**。

引用名是变量的一个别名，即它是某个已经存在变量的另一个名字，一旦把引用初始化为某个变量，就可以使用该引用名称来指向那个变量。如果把变量名称作为变量附属在内存位置中的一个标签，那么就可以把对应的引用名称当成是变量附属在内存位置中的**第二个标签**，因此，可以通过原始变量名称（即原始标签）或引用名称（第二个标签）来访问变量的内容。

## 1.2 How ##

引用的声明方法与指针相似，只是用符号“&”代替了符号“\*”。引用的声明方法如下：

类型标识符& 引用名 = 目标变量名

例如，有以下引用声明：

int i;
    int& j = i;

在上述声明中，“&”读作“引用”，上述声明可以描述为“j 是一个初始化为 i 的整型引用”。

## 1.3 引用和指针的区别 ##

引用很容易与指针混淆，两者之间主要有以下区别：

*  不存在空引用，引用必须连接到一块合法的内存；
 *  一旦引用被初始化为一个对象（即变量、目标），就不能被指向另一个对象，而指针可以在任何时候指向另一个对象；
 *  引用必须在声明时进行初始化，而指针可以在任何时候进行初始化。

# 2 示例代码 #

下面会通过几个示例代码来详细讲述引用的用法和作用。

## 2.1 简单示例 ##

给出一个简单的示例代码，内容如下：

#include <iostream>
    
    using namespace std;
    
    int main()
    {
        // 声明变量
        int i;
        // 声明引用变量
        int& j = i;
        // 定义变量
        i = 5;
    
        cout << "Value of i is: " << i << endl;
        cout << "Value of j is: " << j << endl;
        cout << "Addr of i is: " << &i << endl;
        cout << "Addr of j is: " << &j << endl;
    
        // 声明变量
        int x;
        // 声明变量
        int y = x;
        // 定义变量
        x = 6;
    
        cout << "Value of x is: " << x << endl;
        cout << "Value of y is: " << y << endl;
        cout << "Addr of x is: " << &x << endl;
        cout << "Addr of y is: " << &y << endl;
    
        return 0;
    }

编译并运行上述代码，结果如下：

![70][]

通过上述运行结果，可知：

*  使用引用时，引用变量 j 与原始变量 i 指向同一段内存空间；不使用引用时，新声明的变量 y 会开辟一块新的内存空间。

给出另外一个简单的示例代码，内容如下：

#include <iostream>
    
    using namespace std;
    
    int main()
    {
        // 声明变量
        int i;
        // 声明引用变量
        int& j = i;
        // 定义变量
        i = 5;
    
        cout << "Value of i is: " << i << endl;
        cout << "Value of j is: " << j << endl;
        cout << "Addr of i is: " << &i << endl;
        cout << "Addr of j is: " << &j << endl;
    
        // 定义变量
        int k = 6;
        // 改变引用变量j的值
        j = k;
        
        cout << "Value of k is: " << k << endl;
        cout << "Value of j is: " << j << endl;
        cout << "Value of i is: " << i << endl;
        cout << "Addr of k is: " << &k << endl;
        cout << "Addr of j is: " << &j << endl;
    
        return 0;
    }

编译并执行上述代码，结果如下：

![70 1][]

通过上述运行结果，可知：

*  虽然在执行语句“j = k;”后，引用 j 的值变为了“6”，但是 j 仍然指向变量 i 的地址空间，这点没有发生改变，也就时说语句“j = k;”只是将 k 的值赋给引用 j 所指向的地址空间对应的变量（如 j 和 i），并没有改变引用 j 的指向。

## 2.2 引用作为参数 ##

C++ 之所以增加“引用”类型，主要是要将其作为函数参数，以扩充函数传递数据的功能。

在 C++ 中进行函数传参，有以下几种情况：

*  **将变量名作为实参和形参：**这种情况下，传给形参的是变量的值，参数传递是单向的。如果在函数执行期间，形参的值发生了变化，（这种变化）不会影响到实参的值，即参数变化不回传，这是因为在调用函数期间，形参和实参不属于同一个存储单元。（原理同 C 语言一致）
 *  **传递变量的指针：**这种情况下，形参是指针变量，实参是变量的地址。在调用函数时，形参（指针变量）指向实参变量单元。这种传递指针变量的方式，通过改变形参指针指向的值，可以改变实参的值。（原理同 C 语言一致）
 *  **C++提供的传递变量的引用：**这种情况下，形参是引用变量，和实参是同一个变量。在调用函数时，形参（引用变量）指向实参变量单元。这种传递引用变量的方式，通过改变引用的值，可以改变实参的值。

将引用作为参数，示例代码的内容如下：

#include <iostream>
    
    using namespace std;
    
    // 函数声明
    int swap(int& x, int& y);
     
    int main()
    {
        // 局部变量声明
        int a = 1;
        int b = 2;
        
        cout << "before swap, a is: " << a << endl;
        cout << "before swap, b is: " << b << endl;
        
        // 调用函数来交换值
        swap(a, b);
        
        cout << "after swap, a is: " << a << endl;
        cout << "after swap, b is: " << b << endl;
        
        return 0;
    }
    
    // 函数定义
    int swap(int& x, int& y)
    {
        int temp;
        temp = x;
        x = y;
        y = temp;
    
        return 0;
    }

编译并执行上述代码，结果如下：

![70 2][]

从上述结果能够看到，通过调用 swap 函数，变量 a 和 b 的值发生了改变。

## 2.3 引用作为返回值 ##

通过使用引用替代指针，会使 C++ 程序更容易阅读和维护。

C++ 函数可以返回一个引用，（返回方式）与返回一个指针类似。当函数返回一个引用时，实际上是返回一个指向返回值的隐式指针，所以，通过将引用作为函数返回值，就可以将函数放在**赋值语句的左边**了。

将引用作为函数返回值，示例代码的内容如下：

#include <iostream>
    
    using namespace std;
    
    int Array[] = {1, 2, 3, 4, 5};
    
    int& SetValues(int i)
    {
        // 返回第i个元素的引用
        return Array[i];
    }
    
    int main()
    {
        
        cout << "Before SetValues: " << endl;
        for (int i = 0; i < 5; i++)
        {
            cout << "Array[" << i << "] = ";
            cout << Array[i] << endl;
        }
    
        // 改变第2个元素的值
        SetValues(1) = 20;
        // 改变第4个元素的值
        SetValues(3) = 40;
        
        cout << "After SetValues:" << endl;
        for (int i = 0; i < 5; i++)
        {
            cout << "Array[" << i << "] = ";
            cout << Array[i] << endl;
        }
        
        return 0;
    }

编译并执行上述代码，结果如下：

![70 3][]

根据上述结果能够知道，通过将引用作为函数返回值，实现了将函数作为赋值语句左值、改变函数返回值的效果。

**注意：**当函数返回一个引用时，需要注意被引用的对象不能超出其作用域，所以返回一个局部变量的引用是不合法的（会出现告警），但是可以返回一个静态变量的引用，示例代码如下：

int& func()
    {
        int x;
        // 在编译时会产生告警
        return x;
        
        static int y;
        // 用法无误，因为x的作用域在函数外依然是有效的
        return y;
    }

[70]: /images/20220523/7c62f9db66cb4f658a5e2eec5b238297.png
[70 1]: /images/20220523/88388a762a1c4ab0b4fe50227e1ba3a2.png
[70 2]: /images/20220523/f41b3d0ac4734dcebfebdcc1626043f8.png
[70 3]: /images/20220523/1bac2c0b12644d9e96fb19520c5caeb9.png