C++引用的使用与const修饰符

1、引用

引用是给已经定义的变量一个别名，可以简单理解成同一个变量的昵称。既然是昵称或者是别名，显然它和原本的变量名有着同样的效力。所以我们对别名进行修改，原本的变量值也一样会发生变化。

我们通过符号&来表明引用，

比如下面这个例子，我们创建了a变量的一个引用b

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

由于b是a的一个引用，本质上来说它们是同一个变量，只不过名称不同。所以我们对b修改，等价于对a进行同样的修改。所以输出的结果是4。

也就是说我们需要把引用变量和原变量当成是同样的变量，只不过名称不同，其中一个发生变化，另外一个一样会生效。

看上去有些像是指针，因为创建指针也能有类似的效果：

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

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

但是引用和指针还是有些区别，这个问题在C++相关的面试当中经常会问到，也是作为基本功的考察之一。

首先一个区别是，引用必须在声明的时候就进行初始化，没办法先声明再赋值：

int *pt;  // 合法
int &b;  // 非法

从这个角度来说，引用更接近const指针，一旦与某个变量关联就不能再指向其他变量：

int &b = a;
// 等价于
int *const pt = &a;

在这个例子当中，b等价于*pt。

如果我们输出引用和原变量的地址，会得到同样的结果：

int a = 3;
int &b = a;

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

2、函数引用传递

其实到这里有一个问题，既然引用只是别名，我们已经有了原本的变量名可以用了，又何必多此一举创建变量的引用呢？

所以引用不是为了顺序执行的逻辑创建的，一个最常见的使用场景就是函数参数传递的时候，可以设置函数接收的变量类型为引用。

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;
}

我们创建了两个swap函数，其中一个传递的参数是引用，另外一个就是普通的值传递。如果大家去分别调用这两个函数进行尝试，会发现swap2函数没有生效。

因为值传递的时候，会发生拷贝，也就是说函数内部接受的其实是变量的拷贝。我们对于拷贝无论如何修改也不会影响原值，而传引用就不一样了。前面说过，引用和原变量是等价的。我们对引用进行修改等价于对原变量进行修改。

这样的话，我们就可以实现在函数体内部对外部传入的参数进行修改。在一些特殊的场景当中，非常方便。比如一些复杂的树形数据结构，通过使用引用可以大大降低代码的编写难度。

除此之外，使用引用还有一个好处，既然我们传递的引用和原值是等价的。那么也就免去了拷贝变量的开销，如果我们传递的是int，double这样的变量还好，如果是一个包含大量元素的容器，如vector,set,map等，使用引用传递可以带来明显的效率提升，也会降低内存开销。

3、引用与const

前文当中说过，我们可以让函数接收一个引用变量，从而免去变量拷贝的开销，达到提升程序运行效率的目的。

如果我们想要传递引用，但又不希望在函数内部对引用的变量进行修改，以免影响外部变量。我们可以使用常量引用，也就是加上const修饰符。

double sqrt(const double &x);

由于我们加上了const修饰符，当我们在函数内部对引用进行修改的时候，会触发编译器的报错。一般来说，如果传递的只是基本类型的变量，我们其实没有必要这么操作，直接值传递即可。这种做法一般用在传递一些大型结构体或者是大型容器的时候。

这里有一个小细节需要当心，由于我们传递的是引用，需要保证传递的参数是一个实参，而不是表达式。如这样的代码编译时会报错：

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);
}  

报错的原因在于，函数distance接收的是一个double类型的引用，而我们传递的却是x+3这样的表达式。显然表达式没有对应的引用。所以编译器会报错，告诉我们参数类型不匹配：

但神奇的是，如果我们把函数签名稍微改一下，加上const修饰符，会发现报错消失了：

double distance(const double &x, const double &y) {
    return sqrt(x * x + y * y);
}

这并不是编译器的bug，而是编译器针对const引用做了特殊处理。当编译器发现传入的不是double类型的变量的时候，它会创建一个临时的无名变量，将这个临时变量初始化成x+3.0 ，然后再传入这个临时变量的引用。C++只会对const引用参数执行这个操作。

除了表达式之外，如果变量的类型不匹配也一样会创建临时变量。这些临时变量只会在函数调用期间存在，函数运行结束之后，编译器会将其删除。

为什么会有这样的设计呢？C++ Primer当中提供了这样一个例子：

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++没有严格限制的情况下，这段代码会发生什么呢？

由于类型不匹配，所以编译器会创建两个临时的int变量，但它们初始化成3和5，再传入函数当中。然后执行函数当中交换变量的逻辑，但问题是，我们交换的是两个临时变量，原变量并不会生效。

所以后来版本的C++优化了这个问题，禁止了传递引用时创建临时变量。而当引用有const修饰时并不会对原值进行修改，并不会影响逻辑和结果，所以豁免了这个禁令。

4、const修饰符的优点

在函数签名当中，如果要接收引用，我们要尽可能使用const，我们来看下这样做的好处：

• 可以避免无意中修改数据
• 可以处理const和非const参数，否则，只能接受非const变量
• 可以接受临时变量

到此这篇关于C++引用的使用与const修饰符的文章就介绍到这了,更多相关C++引用与const内容请搜索猪先飞以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持猪先飞！

这篇文章转自公众号：Coder梁（ID：Coder_LT）