c++当中为什需要引用

曾经终败给现在 2022-05-19 10:16 201阅读 0赞

#### 为什么需要引入引用？ ####

*  当初加入“引用”这个语言特性的契机是运算符重载。为了让运算符重载的语法能够更加接近内建的运算符，需要能够让一个函数返回一个左值，通俗的讲就是要能够对一个函数的返回值赋值。
 *  到了今天，引用除了原始用途之外，实际中最主要的用途是以==常量引用==来修饰函数的输入参数
 *  ==输入参数，在函数内部不会被改变，此时用常量引用就是最合适的==

> 其他说法

*  代替指针：引用比指针更加直观，a+b显然比(\*a)+(\*b)更易懂
 *  防止指针引起一些错误：==引用是不可能为空的==，一定确定一个引用，它的目标是不可以被改变的。如果一个类里面有个引用成员，它必须在构造的时候初始化，用它的时候，不必，也不能对它进行判空
 *  可以减少不必要的构造析构的开销

> 参数传递

void Func(Foo foo);
    //这个定义的参数，会进行一次拷贝构造，创建一个临时对象传入Func函数
    //效率低下浪费资源
    void Func(Foo* foo);
    //这是C的做法，把指针穿进去，免去调用拷贝构造函数创建临时对象的消耗
    //但是引入了新的问题，foo可能为NULL，因此函数里不得不加上判断以免出现空指针调用问题
    void Func(const Foo& foo);
    //这是C++推荐做法，和指针传递性能一样，但免除了空指针的风险
    //作为参数传递时引用和const总是一起出现的

*  如果直接返回类对象同样的会创建临时对象带来开销，如果返回指针则调用者需要判断是否为空，而返回引用则可以非常高效的直接使用
 *  引用更加符合面向对象和隐藏实现细节的原则，而指针是更底层的机制。
 *  ==实际上引用一般不会在同一作用域内被创建==，而是作为参数或者返回值

> 在引用出现以前，C程序员如果不想作值传递，只能用指针。指针的缺点主要有：

1.  指代不直接。要通过->或者\*来访问，要多打字而且不直观；
2.  可以为空。所以当指代对象不能为空时，对指针要做null检查；
3.  可以不赋初值。所以容易出错忘记赋值（现在编译器在警告方面好了很多）
4.  指针可以被更改指代对象，更灵活也更容易出错
    
     *  引用和指针在某些时候也有不同的程序行为，比如dynamic\_cast如果失败，指针转换返回null，而引用转换会出bad\_cast异常。

> 注意

*  因为引用不是对象，因此不能定义引用的指针。
 *  引用本身不是一个对象，因此不能定义引用的引用。

#### 引用的底层实现方式 ####

*  引用变量在功能上等于一个指针常量，即一旦指向某一个单元就不能在指向别处
 *  在底层，引用变量由指针按照指针常量的方式实现。
 *  引用变量本身（以r为例）==不允许寻址==，&r返回的是被引用对象的地址，而不是变量r的地址（==r的地址由编译器掌握，程序员无法直接对它进行存取==），被引用对象直接用r表示。
 *  凡是使用了引用变量的代码，都可以转换成使用指针常量的对应形式的代码，只不过书写形式上要繁琐一些。反过来，由于对引用变量使用方式上的限制，使用指针常量能够实现的功能，却不一定能够用引用来实现。
 *  ==数组元素允许是指针常量，却不允许是引用==。C++语言机制如此规定，原因是避免C++语法变得过于晦涩。加入定义一个“引用的数组”，那么array\[0\]=8;这条语句该如何理解？是将数组元素array\[0\]本身的值变成8呢，还是将array\[0\]所引用的对象的值变成8呢?对于程序员来说，这种解释上的二义性对正确编程是一种严重的威胁，毕竟程序员在编写程序的时候，不可能每次使用数组时都要回过头去检查数组的原始定义。
 *  C++语言规定，引用变量在定义的时候就必须初始化，也即是将引用变量与被引用对象进行绑定。而这种引用关系一旦确定就不允许改变，直到引用变量结束其生命期。这种规定是在高级语言的层面上，由C++语言和编译器所做的检查来保障实施的。

> 理解：引用本身就是一个编译器管理的变量。底层使用的是指针进行实现。类似于常量指针。