系列文章
C++编程之命名空间、const常量
1、引用的概念
1.1、引用的引入
对于C语言使用者来讲，看到c++函数形参等位置出现&符号，可能会比较纳闷。因为在C语言中这个符号是取地址符，常常用在函数传参中的指针赋值。但是在C++中它却有着不同的用途，掌握C++的&符号，可以很好地提高代码质量和可读性。
引用是C++引入的新语言特性，正确、灵活地使用引用，可以使程序简洁、高效。
引用就是某一变量（目标）的一个别名，对引用的操作与对变量直接操作完全一样。特别强调：引用直接使用变量（目标）本体，不拷贝内存，因此操作效率非常高。
1.2、引用的声明
类型标识符 & 引用名 = 目标变量名
int a = 10;
int &ra=a; //定义引用ra,它是变量a的引用，即别名
说明：
- &在此不是求地址运算，而是起标识作用。
- 类型标识符是指目标变量的类型。
- 声明引用时，必须同时对其进行初始化。
- 引用声明完毕后，相当于目标变量名有两个名称，即该目标原名称和引用名，且不能再把该引用名作为其他变量名的别名。
- 声明一个引用，不是新定义了一个变量，它只表示该引用名是目标变量名的一个别名，它本身不是一种数据类型，因此引用本身不占存储单元，系统也不给引用分配存储单元。故：对引用求地址，就是对目标变量求地址。&ra与&a相等。
- 不能建立数组的引用。因为数组是一个由若干个元素所组成的集合，所以无法建立一个数组的别名。
2、引用类型
2.1、引用作为参数
引用的一个重要作用就是作为函数的参数。C语言中函数参数传递是值传递，如果有大块数据作为参数传递的时候，采用的方案往往是指针，因为这样可以避免将整块数据全部压栈，可以提高程序的效率。现在C++中又增加了一种同样有效率的选择，就是引用。
void swap(int &p1, int &p2) //此处函数的形参p1, p2都是引用
{
int p;
p=p1;
p1=p2;
p2=p;
}
在程序中调用该函数，主调函数的调用点处直接以变量作为实参进行调用即可，而不需要实参变量有任何的特殊要求。如：对应上面定义的swap函数，相应的主调函数可写为：
main( )
{
int a = 10；
int b = 20;
swap(a,b); //直接以变量a和b作为实参调用swap函数
}
上述程序运行时，如果输入数据10 20并回车后，则输出结果为20 10。
由上述示例可以看出：
- 传递引用与传递指针的效果是一样的。被调函数的形参就成为原来主调函数中的实参变量的别名，所以在被调函数中对形参变量的操作就是对其相应的目标对象的操作。
- 使用引用传递函数的参数，在内存中并没有产生实参的副本，它是直接对实参操作；而使用一般变量传递函数的参数，当发生函数调用时，需要给形参分配内存，形参变量是实参变量的副本；如果传递的是对象，还将调用拷贝构造函数。因此，当参数传递的数据较大时，用引用比用一般变量传递参数的效率高，所占用空间更小。
- 使用指针作为函数的参数，虽也能达到与使用引用的效果，但在被调函数中同样要给形参分配存储单元，且需要重复使用"*指针变量名"的形式进行运算，这很容易产生错误，程序的阅读性较差；另一方面，在主调函数的调用处，必须用变量的地址作为实参。而引用更容易使用，更清晰。
2.2、常引用
声明方式：
const 类型标识符 & 引用名=目标变量名
用这种方式声明的引用，不能对目标变量的值进行修改，使引用的目标成为const，达到了引用的安全性。
int a ;
const int &b=a;
b=1; //错误
a=1; //正确
这不止代码更健壮，也有些其它方面的需要。比如在函数形参处，强烈建议将形参设置为const，防止函数内部修改实参值。
string getName()
{
return "Lucy";
}
void show(const string &s) // 将形参设置为const，防止函数内部修改。
{
cout << s << endl;
}
int main()
{
show(getName());
}
2.3、引用作为返回值
要以引用返回函数值，则函数定义时要按以下格式：
类型标识符 & 函数名（形参列表及类型说明）
{ 函数体 }
说明：
- 以引用返回函数值，定义函数时需要在函数名前加&
- 用引用返回一个函数值的最大好处是，在内存中不产生被返回值的副本。
#include <iostream>
using namespace std;
//定义全局变量temp
float temp;
//定义函数getArea，它以值的方法返回函数值
float getArea(float r)
{
temp = (float)(r*r*3.14);
return temp;
}
//定义函数getArea1，它以引用方式返回函数值
float &getArea1(float r)
{
temp = (float)(r*r*3.14);
return temp;
}
int main()
{
//第1种情况，系统生成要返回值的副本（即临时变量）
float a = getArea(10.0);
//第2种情况，可能会出错（不同C++编译器有不同规定）
float &b = getArea(10.0);
//不能从被调函数中返回一个临时变量或局部变量的引用
//第3种情况，系统不生成返回值的副本
float c = getArea1(10.0);
//可以从被调函数中返回一个全局变量的引用
//第4种情况，系统不生成返回值的副本
float &d = getArea1(10.0);
return 0;
}
引用作为返回值，必须遵守以下规则：
- 不能返回局部变量的引用。这条可以参照Effective C++[1]的Item 31。主要原因是局部变量会在函数返回后被销毁，因此被返回的引用就成为了"无所指"的引用，程序会进入未知状态。
- 不能返回函数内部new分配的内存的引用。这条可以参照Effective C++[1]的Item 31。虽然不存在局部变量的被动销毁问题，可对于这种情况（返回函数内部new分配内存的引用），又面临其它尴尬局面。例如，被函数返回的引用只是作为一个临时变量出现，而没有被赋予一个实际的变量，那么这个引用所指向的空间（由new分配）就无法释放，造成memory leak。
- 可以返回类成员的引用，但最好是const。这条原则可以参照Effective C++[1]的Item 30。主要原因是当对象的属性是与某种业务规则（business rule）相关联的时候，其赋值常常与某些其它属性或者对象的状态有关，因此有必要将赋值操作封装在一个业务规则当中。如果其它对象可以获得该属性的非常量引用（或指针），那么对该属性的单纯赋值就会破坏业务规则的完整性。
- 引用与一些操作符的重载：流操作符<<和>>，这两个操作符常常希望被连续使用，例如：cout << “hello” << endl; 因此这两个操作符的返回值应该是一个仍然支持这两个操作符的流引用。可选的其它方案包括：返回一个流对象和返回一个流对象指针。但是对于返回一个流对象，程序必须重新（拷贝）构造一个新的流对象，也就是说，连续的两个<<操作符实际上是针对不同对象的！这无法让人接受。对于返回一个流指针则不能连续使用<<操作符。因此，返回一个流对象引用是惟一选择。这个唯一选择很关键，它说明了引用的重要性以及无可替代性，也许这就是C++语言中引入引用这个概念的原因吧。关于引用在运算符重载中的详细使用，将在后续博客中介绍.
- 在另外的一些操作符中，却千万不能返回引用：±*/ 四则运算符。它们不能返回引用，Effective C++[1]的Item23详细的讨论了这个问题。主要原因是这四个操作符没有side effect，因此，它们必须构造一个对象作为返回值，可选的方案包括：返回一个对象、返回一个局部变量的引用、返回一个new分配的对象的引用、返回一个静态对象引用。根据前面提到的引用作为返回值的三个规则，第2、3两个方案都被否决了。静态对象的引用又因为((a+b) == (c+d))会永远为true而导致错误。所以可选的只剩下返回一个对象了。
2.4、引用和多态
引用是除指针外另一个可以产生多态效果的手段。这意味着，一个基类的引用可以指向它的派生类实例。
class A;
class B：public A
{……};
B b;
A &ref = b; // 用派生类对象初始化基类对象的引用
ref只能用来访问派生类对象中从基类继承下来的成员，是基类引用指向派生类。如果A类中定义有虚函数，并且在B类中重写了这个虚函数，就可以通过ref产生多态效果。
3、写在结尾
这几年在工作中发现，许多人对引用的理解还是有很大偏差，在平时的工作中，使用它仅仅是想当然，在某些微妙的场合，很容易出错，分析原由，大多因为没有搞清本源。因此我在本篇中对引用进行详细讨论，内容经过多次增删，勉强可以理清楚。如果在阅读中，您发现错误或疑问，可以随时留言或私信我。原创不易，如果对您有帮助，请点赞关注支持我，您的支持是我前进的动力。
