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【C++知识扫盲】------C++ 中的引用入门

在 C++ 中,引用(reference) 是一个非常重要的概念,它提供了一种别名机制,让我们可以给已经存在的变量起一个新的名字,并且能够通过这个别名直接操作原始变量。本文将详细介绍引用的定义、使用场景及其与指针的区别。

1. 引用的基础概念

引用本质上是某个变量的别名。任何对引用的操作,都会影响它所指向的变量。引用在声明时通过 & 符号定义:

int a = 10;     // 定义一个整型变量 a
int &ref = a;   // 定义引用 ref,ref 是 a 的别名

在上面的代码中,ref 是 a 的引用。此后,无论通过 a 还是 ref,对这个变量的操作都指向同一个内存地址。

  • 修改 ref 就相当于修改 a。
  • 读取 ref 的值,相当于读取 a 的值。

2. 引用与指针的区别

虽然引用和指针都能指向一个变量,但它们之间有一些显著区别:

  • 引用必须在声明时初始化,而指针可以在声明后赋值。
int &ref;  // 错误:引用必须在声明时初始化
int *ptr;  // 正确:指针可以不初始化
  • 引用一旦绑定,就不能再指向其他变量,而指针可以修改指向的对象
int a = 10;
int b = 20;
int &ref = a;  // ref 是 a 的引用
ref = b;       // 这里是将 b 的值赋给 a,而不是改变引用

指针则可以改变其指向:

int *ptr = &a;
ptr = &b;  // 现在 ptr 指向 b

引用在使用时不需要解引用,而指针需要使用 * 来访问指针指向的值。

ref = 20;  // 直接使用 ref 修改 a
*ptr = 20; // 需要解引用指针修改 a

3. 常量引用

C++ 支持常量引用,表示引用不能用于修改所指向的变量。常量引用声明时在类型前加上 const 关键字:

const int &ref = a;

常量引用常用于函数参数传递,保证传入的对象不会被修改,同时避免拷贝。

4. 引用作为函数参数

通过引用传递函数参数能够避免数据拷贝,提高效率,特别是当传递大型对象时。函数可以直接操作传入的变量。

4.1 通过引用传递参数

void swap(int &x, int &y) 
{int temp = x;x = y;y = temp;
}int main() 
{int a = 5, b = 10;swap(a, b);  // 交换 a 和 b 的值
}

在这个例子中,swap 函数使用引用交换两个变量的值,而无需创建副本。

4.2 常量引用作为函数参数

常量引用可以用于保护传入参数不被修改,同时避免拷贝大对象,提高性能。

void print(const std::string &str) 
{std::cout << str << std::endl;
}

在此例中,print 函数通过常量引用避免拷贝 std::string,但同时保证字符串不会被修改。

5. 引用作为函数返回值

引用可以作为函数的返回值,允许函数返回原始数据而不是副本。通过返回引用,函数可以直接操作调用者的变量。

int& getMax(int &x, int &y) {return (x > y) ? x : y;
}int main() {int a = 5, b = 10;getMax(a, b) = 20;  // 修改返回的较大值
}

在此例中,getMax 函数返回两个参数中较大值的引用,允许我们修改这个值。

注意:不要返回局部变量的引用,因为局部变量在函数返回后被销毁,引用将指向无效内存,导致未定义行为。

int& badFunction() {int a = 10;return a;  // 错误:返回局部变量的引用
}

7. 常见应用场景

  • 通过引用传递参数:避免拷贝,尤其适用于大型对象(如 std::vector 和 std::string)。
  • 返回引用:允许函数直接修改调用者的变量。
  • 常量引用:保护变量不被修改,避免不必要的拷贝。

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