C++中的引用(reference)

1.簡介     引用是C++引入的新語言特性。從語意上來說，引用就是一個變量的別名，就好象古代人的“字”和“號”，東坡居士和蘇軾只是一個人的不同稱呼。對引用的操作對變量產生的影響與對變量直接操作完全一樣。例如：int i = 0;
int & iRef = i;

iRef++; // i = iRef = 1    盡管引用不使用指針的操作符（*, ->）但是，它看上去跟指針好象并沒有區別，而且就上面的例子而言，這個引用所產生的作用完全可以由指針完成。那么為什么C++中還要增加這樣一個特性呢？引用顯然應該具備指針不能完成的功能，否則它就失去了價值。這方面的探討我們留到第3節。2.引用的語法在這里我們只討論一些語法相關的問題。·引用必須在定義的同時初始化int i;
int & j; // 錯誤，沒有初始化。
int & k=i; // 正確    這個例子有個很好的比喻，小時候小朋友間會互相起“外號”，這些外號在產生的時候總是有所指的，即針對一個具體的小朋友的。引用也一樣，定義的時候，必須指明它是誰的別名。·外部（extern）引用定義不必給出初值extern int & i; // 正確，不必給出初值·引用初始化后不能再使其成為其它變量的引用int j, k;
int & i = j;
i = k;    // 錯誤，不能更改！    引用類似一個常量指針(int * const p)，不能修改引用的指向。·引用的地址    假設有如下定義：int j;
int & i = j;    那么，&i應該是什么呢？是一個“引用的地址”么？答案是：no。&i = &j，就是j這個變量的地址。3.引用使用技巧

3.1 引用和多態

    引用是除指針外另一個可以產生多態效果的手段。這意味著，一個基類的引用可以指向它的派生類實例。例如：class A;
class B: public A
{
   ...
};

B b;
A & aRef = b;    // 基類引用指向派生類    假如A類中定義有虛函數，并且在B類中重寫了這個虛函數，就可以通過aRef產生多態效果。

3.2 作為參數

    引用的一個重要作用就是作為函數的參數類型。C/C++的函數參數是傳值的，假如有大對象（例如一個大的結構）需要作為參數傳遞的時候，以前的（C語言中）方案往往是指針，因為這樣可以避免將整個對象全部壓棧，可以提高程序的效率。但是現在（C++中）又增加了一種同樣有效率的選擇，就是引用。    與指針類型的參數一樣，引用不論指向什么類型的對象，作為參數傳遞的時候都是只壓棧4個字節（在32位機上）。引用所占用的4字節大小是根據編譯器產生的代碼判定的，因為sizeof(a_reference)只能得到它所指向對象的大小。    引用型參數應該在能被定義為const的情況下，盡量定義為const，這不光是讓代碼更健壯，也有些其它方面的需要，例如，假設有如下函數聲明：string foo();
void bar(string & s);    那么下面的表達式將是非法的：bar(foo());
bar("hello world");    原因在于foo()和"hello world"串都會產生一個臨時對象，而在C++中，這些臨時對象都是const類型的。因此上面的表達式就是試圖將一個const類型的對象轉換為非const類型，這是非法的。

3.3 作為返回值

引用作為返回值的時候，有一些規則必須遵守。這些規則包括：

不能返回局部變量的引用。這條可以參照Effective C++[1]的Item 31。主要原因是局部變量會在函數返回后被銷毀，因此被返回的引用就成為了“無所指”的引用，程序會進入未知狀態。
不能返回函數內部new分配的內存的引用。這條可以參照Effective C++[1]的Item 31。雖然不存在局部變量的被動銷毀問題，可對于這種情況（返回函數內部new分配內存的引用），又面臨其它尷尬局面。例如，被函數返回的引用只是作為一個臨時變量出現，而沒有被賦予一個實際的變量，那么這個引用所指向的空間（由new分配）就無法釋放，造成memory leak。
可以返回類成員的引用，但最好是const。這條原則可以參照Effective C++[1]的Item 30。主要原因是當對象的屬性是與某種業務規則（business rule）相關聯的時候，其賦值經常與某些其它屬性或者對象的狀態有關，因此有必要將賦值操作封裝在一個業務規則當中。假如其它對象可以獲得該屬性的非常量引用（或指針），那么對該屬性的單純賦值就會破壞業務規則的完整性。

另外，引用也經常與一些操作符的重載相關：

流操作符<<和>>。這兩個操作符經常希望被連續使用，例如：cout << "hello" << endl;因此這兩個操作符的返回值應該是一個仍然支持這兩個操作符的流引用。可選的其它方案包括：返回一個流對象和返回一個流對象指針。但是對于返回一個流對象，程序必須重新（拷貝）構造一個新的流對象，也就是說，連續的兩個<<操作符實際上是針對不同對象的！這無法讓人接受。對于返回一個流指針則不能連續使用<<操作符。因此，返回一個流對象引用是唯一選擇。這個唯一選擇很要害，它說明了引用的重要性以及無可替代性，也許這就是C++語言中引入引用這個概念的原因吧。
賦值操作符=。這個操作符象流操作符一樣，是可以連續使用的，例如：x = j = 10;或者(x=10)=100;賦值操作符的返回值必須是一個左值，以便可以被繼續賦值。因此引用成了這個操作符的唯一返回值選擇。

在另外的一些操作符中，卻千萬不能返回引用：

+-*/四則運算符。它們不能返回引用，Effective C++[1]的Item23具體的討論了這個問題。主要原因是這四個操作符沒有side effect，因此，它們必須構造一個對象作為返回值，可選的方案包括：返回一個對象、返回一個局部變量的引用，返回一個new分配的對象的引用、返回一個靜態對象引用。根據前面提到的引用作為返回值的三個規則，第2、3兩個方案都被否決了。靜態對象的引用又因為((a+b) == (c+d))會永遠為true而導致錯誤。所以可選的只剩下返回一個對象了。

3.4 什么時候使用引用

現在可以總結一下什么時候使用引用這個問題了。首先我們要看看什么時候必須使用引用：

流操作符<<和>>、賦值操作符=的返回值
拷貝構造函數的參數、賦值操作符=的參數

其它下面的情況都是推薦使用引用，但是也可以不使用引用。假如不想使用引用，完全可以使用指針或者其它類似的東西替代：

異常catch的參數表
大對象作為參數傳遞
返回容器類中的單個元素
返回類數據成員（非內建數據類型成員）
返回其它持久存在的，且獲得者不負責銷毀的對象

另外一些情況下，不能返回引用：

+-*/四則運算符

　4.參考資料 [1] Effective C++: Scott Meyers