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九.C++ 对引用的学习

news 2025/6/8 1:50:52

一.基本概念

引用即内存的别名

int a = 10;

int& b = a;

引用本身不占用内存，并非实体，对引用的所有操作都是在对目标内存进行操作

引用必须初始化，且不能更换对象

int c = 5;

b = c; // × 仅仅是在对引用的目标内存进行赋值

#include <iostream>
using namespace std;int main() {int mm1 = 20;  // 1. 定义整型变量mm1并初始化为20int& mm2 = mm1; // 2. 定义整型引用mm2，绑定到mm1int mm3 = 15;  // 3. 定义整型变量mm3并初始化为15mm2 = mm3;  // 4. 将mm3的值赋给mm2（即mm1）cout << "mm1: " << mm1 << endl;  // 输出 15cout << "mm2: " << mm2 << endl;  // 输出 15cout << "mm3: " << mm3 << endl;  // 输出 15return 0;
}

详细执行过程：

int mm1 = 20;
- 定义一个整型变量 mm1，并将其初始值设为 20。
- 内存中：mm1 存储的值是 20。
int& mm2 = mm1;
- 定义一个整型引用 mm2，并将其绑定到 mm1。
- 引用 mm2 并不是一个新的变量，而是 mm1 的别名（另一个名字）。
- 此时，mm2 和 mm1 指向同一块内存，修改 mm2 就是修改 mm1，反之亦然。
int mm3 = 15;
- 定义一个整型变量 mm3，并将其初始值设为 15。
- 内存中：mm3 存储的值是 15。
mm2 = mm3;
- 将 mm3 的值（15）赋给 mm2。
- 由于 mm2 是 mm1 的引用，这实际上是将 15 赋给 mm1。
- 执行后：
  - mm1 的值变为 15。
  - mm2 的值也变为 15（因为它是 mm1 的引用）。
  - mm3 的值仍然是 15（不受影响）。

最终结果：

mm1 的值：15（被 mm2 = mm3 修改）
mm2 的值：15（因为它是 mm1 的引用）
mm3 的值：15（保持不变）

输出：

mm1: 15
mm2: 15
mm3: 15

关键点总结：

引用（&）的本质：
- 引用是变量的别名，不是独立的变量。
- int& mm2 = mm1; 表示 mm2 是 mm1 的另一个名字，两者共享同一块内存。
赋值操作的影响：
- mm2 = mm3; 实际上是将 mm3 的值赋给 mm1（因为 mm2 是 mm1 的引用）。
- 引用本身没有独立的内存空间，赋值操作会直接影响它绑定的变量。
与指针的区别：
- 如果是 int* p = &mm1; *p = mm3;，效果和引用类似，但引用更简洁且不能重新绑定。
- 引用一旦绑定后不能更改绑定的对象，而指针可以指向不同的对象。

引用本身一旦绑定后不能重新绑定到另一个对象,引用不能改变

关于 “引用不能改变” 的说法需要更精确的解释。实际上，引用本身一旦绑定后不能重新绑定到另一个对象，但 引用绑定的对象的内容是可以改变的。这是两个不同的概念：

1. 引用的“不可变性”（不能重新绑定）

引用一旦初始化后，不能指向其他变量：
- 引用在声明时必须初始化，并且之后不能更改它绑定的对象。
- 例如：

int a = 10;
int b = 20;
int& ref = a;  // ref 绑定到 a
ref = b;       // 这是修改 ref 绑定的对象 a 的值，不是改变 ref 的绑定！// ref = &b;   // 错误！不能重新绑定 ref 到 b（C++ 不允许）

关键点：ref = b 是把 b 的值赋给 a（因为 ref 是 a 的引用），而不是让 ref 指向 b。

2. 引用绑定的对象的内容可以改变

引用本身是别名，修改引用就是修改它绑定的对象

例如：

int a = 10;
int& ref = a;  // ref 是 a 的别名
ref = 20;      // 修改 ref 就是修改 a，a 现在是 20

常见误区澄清

误区：“引用不能改变” → 实际上是指 引用不能重新绑定，但可以修改它绑定的对象的内容。

正确说法：
- 引用 不能重新绑定（不能指向其他对象）。
- 引用 可以修改它绑定的对象的内容（因为它是别名）。

总结

引用一旦绑定后不能重新绑定（不能指向其他变量），这是它的“不可变性”。
引用绑定的对象的内容可以改变（通过引用直接修改）。

 mm2 = mm3

mm2 是 mm1 的引用，所以 mm2 = mm3 就是 mm1 = mm3。
修改的是 mm1 的值，mm2 仍然绑定到 mm1（不能重新绑定）。

二.引用的常属性必须和目标的常属性“一致”（个别情况也可以不一致）

const int e = 10;

int& f = e; // ×

const int& g = e; // √

可以限定更加严格(别名可以比真名更加严格)

int a = 10;const int& h = a;   // OK

三.const 修饰一个常量（常引用）

在 C++ 中，const 引用（const T&）是一种非常重要的特性，它结合了引用的效率和 const 的安全性。

1. 基本概念

const 引用：
- 是一个对常量对象的引用，不能通过该引用修改所绑定的对象。
- 语法：const T& ref = obj;
- 作用：提供对对象的只读访问，同时避免拷贝（与普通引用类似）。
与普通引用的区别：

特性	普通引用 (`T&`)	`const` 引用 (`const T&`)
能否修改对象	可以修改绑定的对象	不能修改绑定的对象
绑定对象类型	必须绑定可修改的对象	可以绑定 `const` 或非 `const` 对象
安全性	可能意外修改数据	提供只读访问，更安全

2. 核心知识点

(1) `const` 引用可以绑定到 `const` 和非 `const` 对象

可以绑定到非 const 对象（提供只读访问）：

int x = 10;
const int& ref = x;  // ref 是 x 的 const 引用
// ref = 20;         // 错误！不能通过 ref 修改 x

可以绑定到 const 对象（合法且安全）：

const int y = 20;
const int& ref = y;  // ref 是 y 的 const 引用
// ref = 30;         // 错误！y 本身就是 const

普通引用不能绑定到 const 对象：

const int z = 30;
int& ref = z;        // 错误！普通引用不能绑定 const 对象

(2) `const` 引用可以延长临时对象的生命周期

临时对象（如函数返回值、表达式结果）通常只能绑定到 const 引用
用途：避免不必要的拷贝，同时保证安全性（不能修改临时对象）

10;   // 声明周期很短，正常执行过了封号后 10这个内存地址就不在了int& ri = 10;  // 报错      非常引用的初始值必须为左值,普通引用不能绑定临时对象const int& ri = 10;  // 正确，有了这个别名之后，声明周期就变长了，会跟着别名的生命周期改变

了解一个左值和右值的概念：

具体名字的内存，能够取地址 --》左值 (非常左值[无const修复] | 常左值[有const修复])

匿名内存，不能取地址值 --》右值（认为直接更改右值没有意义）比如 10;

常引用可以作为任何东西的别名

特点：

1.引用可以延长右值的生命周期

2.常引用即万能引用

3.引用的生命周期不能长于目标

int a = 10;int& ra = a;	// OK  引用ra可以是a的别名
const int& ri = a;  // OK  常引用 ri 可以是 a的别名const int b = 20;int& bb = b;   // ERROR  const int& bb = b;   // OK  常引用bb可以是常量b的别名const int& rf = 10;  // OK  常引用rf可以是常量10的别名int foo(){}const int& hg = foo();   // OK

(3) `const` 引用作为函数参数（推荐用法）

传递大对象时避免拷贝，同时防止函数内部修改参数：

void printValue(const std::string& str) {// str = "new value";  // 错误！不能修改std::cout << str << std::endl;
}int main() {std::string s = "Hello";printValue(s);  // 传递 const 引用，避免拷贝
}

优势：

高效（无拷贝）。

安全（函数不能意外修改参数）。

(4) `const` 引用与返回值

函数返回 const 引用：
- 可以避免返回临时对象的拷贝，同时防止调用者修改返回值：

const std::string& getString() {static std::string s = "Hello";return s;  // 返回 static 变量的 const 引用
}

注意：如果返回局部变量的引用，会导致悬空引用（未定义行为）！

const std::string& getLocalString() {std::string s = "Hello";return s;  // 错误！s 是局部变量，函数结束后被销毁
}

(5) `const` 引用与重载

const 引用可以区分重载函数：

void func(const int& x) { std::cout << "const ref" << std::endl; }
void func(int& x) { std::cout << "non-const ref" << std::endl; }int main() {int a = 10;const int b = 20;func(a);  // 调用非 const 版本func(b);  // 调用 const 版本
}

编译器会根据参数是否为 const 选择正确的重载版本。

(6) `const` 引用与移动语义

const 引用不能用于移动语义：
- 移动语义需要修改源对象（“窃取”资源），而 const 引用禁止修改：

std::string s = "Hello";
const std::string& ref = s;
// std::string moved = std::move(ref);  // 错误！ref 是 const

正确做法：传递非 const 引用或值：

std::string moved = std::move(s);  // 正确

3. 最佳实践

优先使用 const 引用传递参数：
- 避免拷贝，同时保证函数不会意外修改参数。
- 示例：

void process(const std::vector<int>& data) { ... }

返回 const 引用时注意生命周期：

只能返回全局/静态对象的引用，不能返回局部变量的引用。

区分 const 和非 const 重载：

提供更灵活的接口（如 std::vector 的 operator[] 有 const 和非 const 版本）。

避免滥用 const 引用：

如果需要修改参数，使用普通引用。
如果需要返回可修改的对象，返回值或非 const 引用。

4. 常见误区

误区 1：“const 引用不能绑定到临时对象”
- 纠正：const 引用可以绑定到临时对象（普通引用不能）。
误区 2：“const 引用可以修改绑定的对象”
- 纠正：const 引用不能修改绑定的对象（这是它的核心特性）。
误区 3：“const 引用总是比值传递好”
- 纠正：如果对象很小（如 int），值传递可能更高效（避免引用开销）。

5. 总结

特性	`const` 引用 (`const T&`)
绑定对象	可以绑定 `const` 或非 `const` 对象
能否修改对象	不能（提供只读访问）
临时对象绑定	可以绑定临时对象（普通引用不能）
函数参数	推荐用于大对象，避免拷贝且保证安全性
返回值	可以返回 `const` 引用（但需注意生命周期）
重载区分	可以与非 `const` 引用重载
移动语义	不能用于移动语义（因为不能修改源对象）