C++学习之路—引用（一）—基础知识

（根据《C++程序设计》（谭浩强）整理，整理者：华科小涛，@http://www.cnblogs.com/hust-ghtao转载请注明） 

    对一个数据可以建立一个“引用”，它的作用是为一个变量起一个别名。这是C++对C的一个重要扩充。本系列分两篇，本篇为基础篇，主要是介绍基本知识。

1 基本概念及注意事项

1.1 引用概念

    假如有一个变量a，想给它起一个别名b，可以这样写：

int a ;
int &b = a ; //声明b是a的“引用”

以上声明了b是a的引用，即b是a的别名。经过这样的声明后，使用a和b的作用相同，都代表同一个变量。注意：在上述声明中，&是引用声明符，并不代表地址。在数据类型名出现的&是引用声明符，在其他场合出现的都是取地址符。声明变量b为引用，并不需要另外开辟内存单元来存放b的值。b和a占内存中同一内存单元它们具有同一地址。即声明b是a的引用，可以理解为：使变量b具有变量a的地址。

1.2 注意事项

（1）引用不是一种独立的数据类型。对引用只有声明，没有定义。

    必须先定义一个变量，然后声明对该对象建立一个引用。关于定义和引用的具体区别，将会在近期的博客中整理。暂时可以简单的这样理解：变量定义，用于为变量分配存储空间，还可为变量指定初始值；变量声明，用于向程序表明变量的类型和名字。

（2）声明一个引用时，必须同时使之初始化，即声明它代表哪一个变量。

    注意：当引用作为函数形参时不必在声明中初始化，它的初始化是在函数调用时的虚实结合实现的，即作为形参的引用是实参的别名。

（3）声明一个引用后，不能再使之作为另一个变量的引用。

    比如声明了b是变量a的引用后，在其有效作用范围内，b始终与其代表的变量a联系，不能在作为其他变量的引用，例如下面的用法就不合法：

int a1 ,a2 ;
int &b = a1 ; //声明b是a1的引用
int &b = a2 ; //试图使b又变成a2的引用，不合法

（4）不能建立引用数组。

    下面的用法不合法：

int a[5] ;
int &b[5] = a ; //错误，不能建立引用数组
int &b = a[0] ; //错误，不能建立数组元素的引用

（5）不能建立引用的引用。

    下面的用法也不合法：

int a = 3 ;
int &b = a ; //声明b是a的引用，正确
int &c = b ; //错误，试图建立引用的引用

2 引用的应用

    唉？好奇怪啊，有了变量名，为什么还需要一个别名呢？C++之所以增加引用机制，主要一个方面就是把它作为函数的参数，以扩充函数传递数据的功能。闲话少说，上例子！

为了说明引用的作用，我们写函数实现两个数据值得交换。有人说这还不简单，信手拈来嘛：

void swap (int a ,int b)
{
    int temp = a ;
    a = b ;
    b = temp ;
}

若在主函数中调用此函数，试图交换变量i和j的值：

int i = 3 ;
int j = 5 ;
swap(i,j) ;

唉,好奇怪,怎么没有得到正确答案呢?这就要说道函数参数传递的机制了,这位同 学想通过改变形参的值,而改变实参的值,但是他用的函数参数传递机制却是:

(1) 将变量名作为实参和形参。

这时传给形参的是变量的值,传递是单向的.如果在执行函数期间形参的值发生变化,并不传回给实参.因为在函数调用时,形参和实参不是同一个存储单元。

    那又有同学说了，那可以传递变量的地址啊，说着就写出了下述程序：

void swap(int* p1 ,int* p2)
{
    int temp ;
    temp = *p1 ;
    *p1 = *p2 ;
    *p2 = temp ;
}

也在主函数中测试了一下:

int i = 3 ;
int j = 5 ;
swap(&i,&j) ;

然后测试i,j的值,得到了正确答案。这位同学是利用了第二种参数传递的机制：

（2）传递变量的地址。

    形参是指针变量，实参是一个变量的地址，调用函数时，形参（即指针变量）得到实参变量的地址，从而指向实参变量单元。调用函数时把变量i和j的地址传送给形参p1和p2 。所以p1就指向变量i，p2就指向j。通过交换指针所指的值，当然就交换了i和j 。这种方式通过形参变量指针访问主函数中的变量，并改变它们的值，虽然能得到正确结果，但是在概念上却是兜了一个圈子。下面就介绍第三种写法：

void swap(int &a , int &b)
{
    int temp ;
    temp = a ;
    a = b ;
    b = temp ;
}

主函数中:

   1: int i = 3 ;

   2: int j = 5 ;

   3: swap(i,j) ;

也得到了正确结果。这里用到了第三种参数传递机制：

（3）以引用作为形参，在虚实结合中建立变量的引用，使形参名作为实参的引用，即形参称为实参的引用。

    当main函数调用swap函数时，进行虚实结合，把实参变量i和j的地址传递给形参a和b，使a称为i的别名，b称为j的别名，当然a和b的值交换了，i和j的值也交换了。这就是地址传递方式。

    那么这三种传递参数的方式有啥不同呢：

其实上述三种传递方式，可归纳为两种：传值方式和传址方式。

传值方式：（1）和（2）是传值方式，在（1）中，把变量i和j的值传递给形参a和b。在（2）中，把&i和&j的值传递给指针变量p1和p2 。在此方式中实参是地址（&i和&j），传递的是地址，故仍然是传值方式，不是传址方式。传值方式在调用函数时，需要对形参分配存储单元。

传址方式：（3）为此方式，实参不是地址而是变量名，由于形参是引用，系统会自动的将形参的地址传递给形参。注意：此时传送的是地址而不是实参变量的值。

    总结一下：用引用形参的方法比使用指针简单、直观、方便，可以部分代替指针的操作。当然这只是引用的用处之一，引用的厉害指出多着呢，待后续娓娓道来。。。