返回引用類型

引用就是某個目標變數的“別名”(alias),對引用的操作與對變數直接操作效果完全相同。

定義,優勢,使用地點,函式類型,與多態的關係,何時要用引用,

定義

引用就是某個目標變數的“別名”(alias),對引用的操作與對變數直接操作效果完全相同。
申明一個引用的時候,切記要對其進行初始化。引用聲明完畢後,相當於目標變數名有兩個名稱,即該目標原名稱和引用名,不可以把該引用名作為其他變數名的別名(註:再次執行相關操作只能是賦值,而不是改改變引用的對象)。聲明一個引用,不是新定義了一個變數,它只表示該引用名是目標變數名的一個別名,它本身不是一種數據類型,因此引用本身不占存儲單元,系統也不給引用分配存儲單元(好多書上是這樣說的,但是這會給初學者造成特別大的困惑,既然是一個類型,為什麼沒有空間呢?其實它是有空間的:VC++6.0上的處理是給引用分配一個指針大小的空間,用以存放被套用變數的地址,具體內容可參考(《C++程式設計》(第四版)清華大學 —6.8.1 指針與引用)。不能建立數組的引用。
A a(){...;return *this;}//會調用拷貝構造函式析構函式
A& a(){...;return *this;}//不會調用拷貝構造函式和析構函式
//應該都能夠作為左值
當返回一個變數時,會產生拷貝。當返回一個引用時,不會發生拷貝,你可以將引用看作是一個變數的別名,就是其他的名字,引用和被引用的變數其實是一個東西,只是有了兩個名字而已。
問題的關鍵是,當你想要返回一個引用而不是一個拷貝時,你要確保這個引用的有效性,比如:
int & fun() { int a; a=10; return a; }
這樣是不行的,因為a會在fun退出時被銷毀,這時返回的a的引用是無效的。
這種情況下,如果fun的返回類型不是int & 而是int就沒有問題了。
因此,要返回一個引用時,“臨時變數”不能是“臨時”的,至少得等函式外部使用完畢這個引用之後,才能銷毀它。

優勢

(1)傳遞引用給函式與傳遞指針的效果是一樣的。這時,被調函式的形參就成為原來主調函式中的實參變數或對象的一個別名來使用,所以在被調函式中對形參變數的操作就是對其相應的目標對象(在主調函式中)的操作。
(2)使用引用傳遞函式的參數,在記憶體中並沒有產生實參的副本,它是直接對實參操作;而使用一般變數傳遞函式的參數,當發生函式調用時,需要給形參分配存儲單元,形參變數是實參變數的副本;如果傳遞的是對象,還將調用拷貝構造函式。因此,當參數傳遞的數據較大時,用引用比用一般變數傳遞參數的效率和所占空間都好。
(3)使用指針作為函式的參數雖然也能達到與使用引用的效果,但是,在被調函式中同樣要給形參分配存儲單元,且需要重複使用"*指針變數名"的形式進行運算,這很容易產生錯誤且程式的閱讀性較差;另一方面,在主調函式的調用點處,必須用變數的地址作為實參。而引用更容易使用,更清晰。

使用地點

如果既要利用引用提高程式的效率,又要保護傳遞給函式的數據不在函式中被改變,就應使用常引用。常引用聲明方式:const 類型標識符 &引用名=目標變數名;
例1:
int a ;
const int &ra=a;
ra=1; //錯誤
a=1; //正確
例2:
string foo( );
void bar(string & s);
那么下面的表達式將是非法的:
bar(foo( ));
bar("hello world");
原因在於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。
引用型參數應該在能被定義為const的情況下,儘量定義為const 。

函式類型

格式:類型標識符 &函式名(形參列表及類型說明){ //函式體 }
好處:在記憶體中不產生被返回值的副本;(注意:正是因為這點原因,所以返回一個局部變數的引用是不可取的。因為隨著該局部變數生存期的結束,相應的引用也會失效,產生runtime error!
注意事項:
(1)不能返回局部變數的引用。這條可以參照Effective C++[1]的Item 31。主要原因是局部變數會在函式返回後被銷毀,因此被返回的引用就成為了"無所指"的引用,程式會進入未知狀態。
(2)不能返回函式內部new分配的記憶體的引用。這條可以參照Effective C++[1]的Item 31。雖然不存在局部變數的被動銷毀問題,可對於這種情況(返回函式內部new分配記憶體的引用),又面臨其它尷尬局面。例如,被函式返回的引用只是作為一個臨時變數出現,而沒有被賦予一個實際的變數,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。
(3)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,其賦值常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。如果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。
(4)流操作符重載返回值申明為“引用”的作用:
流操作符<<和>>,這兩個操作符常常希望被連續使用,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。但是對於返回一個流對象,程式必須重新(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。對於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惟一選擇。這個唯一選擇很關鍵,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惟一返回值選擇。
例3
#i nclude <iostream.h>
int &put(int n);
int vals[10];
int error=-1;
void main()
{
put(0)=10; //以put(0)函式值作為左值,等價於vals[0]=10;
put(9)=20; //以put(9)函式值作為左值,等價於vals[9]=20;
cout<<vals[0];
cout<<vals[9];
}
int &put(int n)
{
if (n>=0 && n<=9 ) return vals[n];
else { cout<<"subscript error"; return error; }
}
(5)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詳細的討論了這個問題。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、返回一個局部變數的引用,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。

與多態的關係

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4:Class A; Class B : Class A{...}; B b; A& ref = b;

何時要用引用

流操作符<<和>>、下標操作符[]、賦值操作符=的返回值、拷貝構造函式的參數、賦值操作符=的參數等,其它情況都不推薦使用引用。

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