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C++引用的使用與const修飾符

 更新時間: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)定義的變量一個別名,可以簡單理解成同一個變量的昵稱,既然是昵稱或者是別名,顯然它和原本的變量名有著同樣的效力,所以我們對別名進行修改,原本的變量值也一樣會發(fā)生變化,下面來看看詳細內(nèi)容,需要的朋友可以參考下

1、引用

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

我們通過符號&來表明引用,

比如下面這個例子,我們創(chuàng)建了a變量的一個引用b

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

由于b是a的一個引用,本質(zhì)上來說它們是同一個變量,只不過名稱不同。所以我們對b修改,等價于對a進行同樣的修改。所以輸出的結(jié)果是4。

也就是說我們需要把引用變量和原變量當(dāng)成是同樣的變量,只不過名稱不同,其中一個發(fā)生變化,另外一個一樣會生效。

看上去有些像是指針,因為創(chuàng)建指針也能有類似的效果:

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

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

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

首先一個區(qū)別是,引用必須在聲明的時候就進行初始化,沒辦法先聲明再賦值:

int *pt;  // 合法
int &b;  // 非法


從這個角度來說,引用更接近const指針,一旦與某個變量關(guān)聯(lián)就不能再指向其他變量:

int &b = a;
// 等價于
int *const pt = &a;


在這個例子當(dāng)中,b等價于*pt。

如果我們輸出引用和原變量的地址,會得到同樣的結(jié)果:

int a = 3;
int &b = a;

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

2、函數(shù)引用傳遞

其實到這里有一個問題,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,一個最常見的使用場景就是函數(shù)參數(shù)傳遞的時候,可以設(shè)置函數(shù)接收的變量類型為引用。

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swap函數(shù),其中一個傳遞的參數(shù)是引用,另外一個就是普通的值傳遞。如果大家去分別調(diào)用這兩個函數(shù)進行嘗試,會發(fā)現(xiàn)swap2函數(shù)沒有生效。

因為值傳遞的時候,會發(fā)生拷貝,也就是說函數(shù)內(nèi)部接受的其實是變量的拷貝。我們對于拷貝無論如何修改也不會影響原值,而傳引用就不一樣了。前面說過,引用和原變量是等價的。我們對引用進行修改等價于對原變量進行修改。

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

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

3、引用與const

前文當(dāng)中說過,我們可以讓函數(shù)接收一個引用變量,從而免去變量拷貝的開銷,達到提升程序運行效率的目的。

如果我們想要傳遞引用,但又不希望在函數(shù)內(nèi)部對引用的變量進行修改,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)我們在函數(shù)內(nèi)部對引用進行修改的時候,會觸發(fā)編譯器的報錯。一般來說,如果傳遞的只是基本類型的變量,我們其實沒有必要這么操作,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候。

這里有一個小細節(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)是一個實參,而不是表達式。如這樣的代碼編譯時會報錯:

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);
}  

報錯的原因在于,函數(shù)distance接收的是一個double類型的引用,而我們傳遞的卻是x+3這樣的表達式。顯然表達式?jīng)]有對應(yīng)的引用。所以編譯器會報錯,告訴我們參數(shù)類型不匹配:

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,會發(fā)現(xiàn)報錯消失了:

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類型的變量的時候,它會創(chuàng)建一個臨時的無名變量,將這個臨時變量初始化成x+3.0 ,然后再傳入這個臨時變量的引用。C++只會對const引用參數(shù)執(zhí)行這個操作。

除了表達式之外,如果變量的類型不匹配也一樣會創(chuàng)建臨時變量。這些臨時變量只會在函數(shù)調(diào)用期間存在,函數(shù)運行結(jié)束之后,編譯器會將其刪除。

為什么會有這樣的設(shè)計呢?C++ Primer當(dāng)中提供了這樣一個例子:

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++沒有嚴格限制的情況下,這段代碼會發(fā)生什么呢?

由于類型不匹配,所以編譯器會創(chuàng)建兩個臨時的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,但問題是,我們交換的是兩個臨時變量,原變量并不會生效。

所以后來版本的C++優(yōu)化了這個問題,禁止了傳遞引用時創(chuàng)建臨時變量。而當(dāng)引用有const修飾時并不會對原值進行修改,并不會影響邏輯和結(jié)果,所以豁免了這個禁令。

4、const修飾符的優(yōu)點

在函數(shù)簽名當(dāng)中,如果要接收引用,我們要盡可能使用const,我們來看下這樣做的好處:

  • 可以避免無意中修改數(shù)據(jù)
  • 可以處理const和非const參數(shù),否則,只能接受非const變量
  • 可以接受臨時變量

到此這篇關(guān)于C++引用的使用與const修飾符的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++引用與const內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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