C++ 引用基础
引用的概念
在C++中，引用（Reference）是一个已存在变量的别名（另一个名字）。一旦引用被初始化为某个变量，就可以使用该引用名称来访问和修改原变量的值。引用必须在创建时初始化，并且一旦引用被初始化后，它不能再引用其他变量。
备注
引用可以看作是对象的"另一个名字"，通过引用对变量进行的任何操作都等同于对原变量的操作。
引用的语法
引用的声明语法如下：
cpp
数据类型& 引用名 = 变量名;
其中，& 符号用于声明一个引用。
基本示例
cpp
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
int original = 10; // 原始变量
int& ref = original; // 创建引用
cout << "Original value: " << original << endl;
cout << "Reference value: " << ref << endl;
// 通过引用修改值
ref = 20;
cout << "After modification:" << endl;
cout << "Original value: " << original << endl;
cout << "Reference value: " << ref << endl;
// 通过原始变量修改值
original = 30;
cout << "After another modification:" << endl;
cout << "Original value: " << original << endl;
cout << "Reference value: " << ref << endl;
return 0;
}
输出结果：
Original value: 10
Reference value: 10
After modification:
Original value: 20
Reference value: 20
After another modification:
Original value: 30
Reference value: 30
引用的特性
引用具有以下重要特性：
- 必须初始化：引用在声明时必须初始化，不存在空引用。
cpp
int& invalidRef; // 错误：引用必须初始化
int x = 5;
int& validRef = x; // 正确
- 不能更改引用目标：一旦引用被初始化为某个变量，就不能再让它引用其他变量。
cpp
int x = 5;
int y = 10;
int& ref = x; // ref引用x
ref = y; // 这不是让ref引用y，而是将y的值赋给x
-
没有引用的引用：C++不允许创建引用的引用。
-
没有空引用：引用必须指向某个变量，不能是NULL。
引用与指针的区别
引用和指针都是C++中用于间接访问变量的机制，但它们有着明显的区别：
示例比较
cpp
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
int value = 10;
// 使用指针
int* ptr = &value;
*ptr = 20; // 需要解引用
// 使用引用
int& ref = value;
ref = 30; // 直接使用
cout << "Value: " << value << endl;
return 0;
}
输出结果：
Value: 30
引用的常见应用
1. 函数参数传递
引用用作函数参数，可以避免值传递的开销，同时允许函数修改传入的参数。
cpp
#include <iostream>
using namespace std;
// 使用引用参数来交换两个数
void swap(int& a, int& b) {
int temp = a;
a = b;
b = temp;
}
int main() {
int x = 5, y = 10;
cout << "Before swap: x = " << x << ", y = " << y << endl;
swap(x, y);
cout << "After swap: x = " << x << ", y = " << y << endl;
return 0;
}
输出结果：
Before swap: x = 5, y = 10
After swap: x = 10, y = 5
2. 函数返回值
引用也可以作为函数的返回值，允许函数调用出现在赋值语句的左侧。
cpp
#include <iostream>
using namespace std;
// 返回数组元素引用
int& getElement(int arr[], int index) {
return arr[index];
}
int main() {
int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
cout << "原始数组: ";
for (int i = 0; i < 5; i++)
cout << arr[i] << " ";
cout << endl;
// 使用函数返回的引用赋值
getElement(arr, 2) = 30;
cout << "修改后数组: ";
for (int i = 0; i < 5; i++)
cout << arr[i] << " ";
cout << endl;
return 0;
}
输出结果：
原始数组: 1 2 3 4 5
修改后数组: 1 2 30 4 5
警告
函数返回局部变量的引用是危险的，因为局部变量在函数返回后会被销毁。
3. 常量引用
常量引用是指向常量的引用，可以用来高效传递不希望被修改的大型对象。
cpp
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
void printString(const string& s) {
// s = "attempt to modify"; // 错误：不能修改常量引用指向的值
cout << s << endl;
}
int main() {
string message = "Hello, C++ References!";
printString(message);
return 0;
}
输出结果：
Hello, C++ References!
实际案例：学生成绩管理系统
下面是一个简单的学生成绩管理系统，展示了引用在实际应用中的使用：
cpp
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
using namespace std;
class Student {
private:
string name;
vector<int> scores;
public:
Student(string n) : name(n) {}
void addScore(int score) {
scores.push_back(score);
}
// 返回名字的引用
string& getName() {
return name;
}
// 返回指定位置成绩的引用
int& getScore(int index) {
if (index >= 0 && index < scores.size())
return scores[index];
throw out_of_range("Index out of range");
}
void printInfo() {
cout << "Student: " << name << endl;
cout << "Scores: ";
for (int score : scores)
cout << score << " ";
cout << endl;
}
};
int main() {
// 创建学生对象
Student student("Alice");
student.addScore(85);
student.addScore(90);
student.addScore(78);
student.printInfo();
// 使用引用修改学生姓名
string& nameRef = student.getName();
nameRef = "Alice Smith";
// 使用引用修改成绩
int& scoreRef = student.getScore(1);
scoreRef = 95;
cout << "\nAfter modification:\n";
student.printInfo();
return 0;
}
输出结果：
Student: Alice
Scores: 85 90 78
After modification:
Student: Alice Smith
Scores: 85 95 78
总结
C++引用是一个强大的语言特性，它为变量提供别名，使代码更简洁、更易理解，同时避免了使用指针时可能出现的一些复杂性和错误。引用主要用于：
- 函数参数传递，特别是避免复制大型对象
- 函数返回值，允许函数调用出现在赋值语句左侧
- 作为类成员函数的返回类型，提供对私有成员的受控访问
引用的关键特性是必须初始化且无法重新绑定到其他变量，这与指针不同。掌握引用的使用对于编写高效的C++代码至关重要。
练习
- 编写一个函数，使用引用参数查找并返回数组中的最大值。
- 创建一个函数，使用常量引用接收一个大型结构体，并计算其中特定成员的总和。
- 实现一个简单的链表，其中节点的下一个指针使用引用而不是指针。
- 编写一个函数，可以交换两个字符串的内容，使用引用参数。
提示
记住，引用是不能为空的，不能重新绑定到另一个变量，并且必须在创建时初始化。这些特性使得引用比指针更安全，但灵活性较低。