從C語言過渡到C++之引用（別名）

今天要講的是C++中我最喜歡的一個用法——引用，也叫別名。

引用就是給一個變量領取一個變量名，方便我們間接地使用這個變量。我們可以給一個變量創建N個引用，這N + 1個變量共享了同一塊內存區域。

1. 聲明引用

創建引用的格式如下：

數據類型 引用名 = 原變量

比如：

int a = 1;
int& b = a;

在這段代碼中，我們給變量a創建了一個別名b。它們公用同一塊內存區域，就是創建變量a時申請的區域。

注意：由于引用并不需要申請一塊新的內存空間，因此在建立引用時只能聲明，不能定義。

面試題中常考這個知識點，請問下面的代碼是否正確：

int a = 1;
int& b;
b = a;

當然，它是錯的。第二行錯誤，引用在聲明的時候必須指定一個已有的變量，否則編譯器不知道給它分配哪一塊內存空間。

2. 引用的特性

前面已經提到了，引用唯一的特性就是使用已有的內存空間。我們用一段小程序來驗證這個特性。

#include <iostream>

using namespace std;

int main()
{
  int a = 100;
  int &b = a;

  a += 50；
  cout << a << b << endl;

  b += 50;
  cout << a << b << endl;

  return 0;
}

大家可以自己運行一下這段代碼，整個過程中，無論a放生變化還是b發生變化，a和b的值始終保持一致。

在使用引用時，我們需要注意下面的問題：

引用必須與已有的變量相聯系引用并不獨立分配內存空間 &前有數據類型，是引用符號；&前沒有數據類型，是取地址符號

比如：int& b = a;和int* p = &a;，前者是引用符號，后者是取地址符號。

可以用引用給另一個引用初始化

這段代碼中，b和c都是a的引用。

引用聲明后不能改變引用關系

int a = 100;
int& b = a;
int& c = b;

這段代碼中，第三行想讓c成為b的引用是辦不到的。它實際實現的功能是把b的值傳遞給了a，c依然是a的引用。因為c一旦聲明為變量a的引用，就不能再修改成變量b的引用了。

ps：這部分之前表述的有問題，感謝大家幫我指出。

3. 引用作為函數參數

這是引用最方便的地方。在學習C語言時，我們知道如果要寫一個變量值交換的函數需要使用指針，代碼如下：

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

int main()
{
  int a = 1;
  int b = 2;

  printf("a = %d, b = %d\n", a, b);

  swap(&a, &b);

  printf("a = %d, b = %d\n", a, b);
}

這段代碼的執行結果如下：

我們通過swap函數成功交換了變量a和變量b的值。注意swap(&a, &b);這句話中的&符號是取地址符號。

很多同學不喜歡指針，見到*就恐懼。從今天起，我們可以用引用替代指針的使用。代碼如下：

#include <iostream>

using namespace std;

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

int main()
{
  int a = 1;
  int b = 2;

  printf("a = %d, b = %d\n", a, b);

  swap(a, b);

  printf("a = %d, b = %d\n", a, b);
}

運行一下這段代碼，看看結果：

結果完全相同。我們對swap函數做了修改，通過引用來得到形參的內存空間，之后通過引用完成這兩塊內存空間值的交換。

需要注意的是，在調用的時候swap(a, b);只需要進行值傳遞即可。

引用傳參的好處：與值傳遞相比，引用傳遞不用申請新的內存空間，特別是在需要傳遞類的對象時，能夠大大降低傳參代來的開銷。

4. 引用的常見錯誤

引用的常見錯誤是C++面試和筆試中的常見問題，總結如下：

4.1 引用類型不匹配

第二行和第三行代碼都會報錯，引用的數據類型必須和原始變量類型相同。而且根本不存在void類型的引用。

4.2 不能建立引用數組

這種寫法不允許。

5. 最后

對于單個變量的地址傳遞問題，引用可以完美地取代指針。這使我們在設計函數參數時更加方便。如果需要限定參數不被修改，可以結合const關鍵字使用。