《新编C++语言习题与解析》试读：3.1 基本知识点

第3章 引 用 本章学习要点  深入掌握引用的相关概念和使用方法。  深入掌握常引用的相关概念和使用方法。  灵活运用引用的相关知识进行综合程序设计。 3.1 基本知识点 3.1.1 引用的概念 引用是一个别名。当建立引用时，程序用另一个已定义的变量或对象（目标）的名字初始化它。从那时起，引用作为目标的别名而使用，对引用的改动实际上就是对目标的改动。 建立引用的一般格式如下： 数据类型 & 引用名=已定义的变量名; 例如，以下语句说明rd是对double型数的引用，初始化为引用d： double d; double &rd=d; 引用具有如下特点：  引用能够使用任何合法变量名。  引用不是变量，引用必须初始化。  引用不是值，不占存储空间。声明引用时，目标的存储状态不会改变。所以引用只有声明，没有定义。  引用只有在声明时带有“&”，以后就像普通变量一样使用，不能再带“&”。  引用主要用作函数参数。 例如，有以下程序： #include <iostream.h> void main() { int n=100; int &rn=n; n++; cout << "n=" << n << endl; cout << "rn=" << rn << endl; rn++; cout << "n=" << n << endl; cout << "rn=" << rn << endl; } 该程序中说明rn是n的引用，因此，rn和n的值完全同步操作，其执行结果如下： n=101 rn=101 n=102 rn=102 由于指针也是变量，所以也可以引用指针变量。其使用格式如下： 数据类型 * &指针引用名=指针 同样，先要定义“指针”，它是基类型为“数据类型”的指针变量。例如，有以下程序： #include <iostream.h> void main() { int n=10,*pn=&n,*&rn=pn; (*pn)++; cout << "n=" << n << endl; (*rn)++; cout << "n=" << n << endl; } 该程序中，指针pn指向n，rn是pn的引用，执行(*pn)++;使n值增1，同样，执行(*rn)++;使n值增1。其执行结果如下： n=11 n=12 并不是对任何类型的数据都可以引用，在下列情况下不能进行引用：  对void进行引用是不允许的。  不能建立引用的数组。  没有引用的引用。  引用不能用类型来初始化，例如，int &rn=int;是错误的。  没有空引用（空引用没有任何意义）。 3.1.2 引用作为函数参数 1. 引用传递参数 在作为函数参数时，引用具有指针的威力，又具有传值方式的简单性与可读性。而且使用引用可以从调用的函数返回多个值。 例如，有以下程序： #include <iostream.h> void f(int a[],int n,int &max,int &min) { max=min=a[0]; for (int i=1;i<n;i++) { if (max<a[i]) max=a[i]; if (min>a[i]) min=a[i]; } } void main() { int a[10]={2,5,2,9,0,8,6,1,7,4}; int max,min; f(a,10,max,min); cout << "Max:" << max << endl; cout << "Min:" << min << endl; } 上述程序中，函数f使用了两个引用，即Max和Min用于返回值。其执行结果如下： Max:9 Min:0 2. 对象引用作为函数参数 在实际应用中，使用对象引用作为函数参数要比使用对象指针作为函数参数更普遍。这是因为使用对象引用作为函数参数，既具有用对象指针作为函数参数的优点，又具有用对象作为函数参数的简单性与可读性。 例如，有以下程序： #include <iostream.h> class Sample { int x,y; public: Sample(){ x=y=0; } Sample(int x1,int y1) { x=x1;y=y1;} void copy(Sample s) { x=s.x;y=s.y; } void setxy(int x1,int y1) { x=x1;y=y1; } void disp() { cout << "(" << x << "," << y << ")" << endl; } }; void fun(Sample s1,Sample &s2) { s1.setxy(12,18); s2.setxy(23,15); } void main() { Sample s(5,10),t; s.disp(); t.copy(s); t.disp(); fun(s,t); s.disp(); t.disp(); } 上述程序中，main函数调用fun(s,t)后，由于fun函数只有第二个参数使用了对象引用，所以s对象不改变，而t对象改变了。其执行结果如下： (5,10) (5,10) (5,10) (23,15) 在函数调用过程中，实参到形参传递数据时，是将实参复制给形参，注意这种复制是浅复制，例如，有以下程序： #include <iostream.h> #include <string.h> class MyClass { char *pstr; int size; public: MyClass() {} //默认构造函数 MyClass(char a[],int n) //重载构造函数 { pstr=new char[n+1]; //分配n+1个字符空间 strcpy(pstr,a); //复制字符串 size=n; } ~MyClass() //析构函数 { delete [] pstr; } void Copy(MyClass obj) //复制 { this->pstr=new char[obj.size+1]; strcpy(this->pstr,obj.pstr); this->size=obj.size; } void Disp() //输出pstr { cout << pstr << endl; } }; void main() { MyClass s("ABC",3),s1; cout << "s:"; s.Disp(); s1.Copy(s); cout << "s1:"; s1.Disp(); } 上述程序中定义了一个MyClass类，其中Copy成员函数用于将形参obj对象复制给当前调用的对象，并采用深复制。可是在程序执行时却出现错误。这是因为执行s1.Copy(s)时，由于Copy成员函数的形参obj不是引用型参数，需要将实参对象s复制给形参对象obj，这种复制是浅复制，也就是说obj.pstr和s.pstr都指向同一个内存空间，当Copy函数执行完毕，调用obj的析构函数将所指空间释放了，而程序结束时，再调用s的析构函数时出现错误。 改正的方法十分简单，只需将Copy成员函数的形参obj改为引用型参数即可。因为改为引用型参数后，obj和s共享同一内存空间，当Copy函数执行完毕，不会调用obj的析构函数将所指空间释放，只有在程序结束时调用s的析构函数才释放所指空间。 在设计一个类时，如果含有指针数据成员，那么成员函数中对象形参通常采用引用类型，否则会出现错误。 3.1.3 引用返回值 引用表达式是一个左值表达式，因此它可以出现在形参和实参的任何一方。若一个函数返回了引用，那么该函数的调用也可以被赋值。普通函数返回值时，要生成一个值的副本。而引用返回值时，不生成值的副本。 例如，有以下程序： #include <iostream.h> int n=0; int & f(int m) { n+=m; return n; } void main() { f(10)+=20; cout << "n=" << n << endl; } 上述程序中，由于f函数返回全局变量n的引用，所以可以作为左值直接进行“+=”运算。f(10) += 20等价于n = n + 20 = 10 + 20 = 30。其执行结果如下： n=30 并不是所有函数都可以返回引用。一般地，当返回值不是本函数的局部变量时可以返回一个引用；否则，当函数返回时，该引用的变量就会被自动释放，所以对它的任何引用都将是非法的。在通常的情况下，引用返回值只用在需要对函数的调用重新赋值的场合，也就是对函数的返回值重新赋值的时候。 例如，有以下程序： #include <iostream.h> #include <string.h> class MyClass { char *pstr; int size; public: MyClass() {} //默认构造函数 MyClass(char a[],int n) //重载构造函数 { pstr=new char[n+1]; //分配n+1个字符空间 strcpy(pstr,a); //复制字符串 size=n; } ~MyClass() //析构函数 { delete [] pstr; } MyClass Copy(MyClass &obj) //复制 { this->pstr=new char[obj.size+1]; strcpy(this->pstr,obj.pstr); this->size=obj.size; return *this; //返回当前对象，即用修改后的对象替代原对象 } void Disp() //输出pstr { cout << pstr << endl; } }; void main() { MyClass s("ABC",3),s1; cout << "s:"; s.Disp(); s1.Copy(s); cout << "s1:"; s1.Disp(); } MyClass类中Copy成员函数用于将形参obj对象复制给当前调用的对象，并采用深复制。但在程序执行时出现错误。这是因为执行s1.Copy(s)时，this指针指向对象s1，通过this指针修改s1对象的pstr和size数据成员，当执行return *this时返回this所指对象，希望用它替换原来的s1对象，但由于没有采用引用，达不到希望的效果。 改正的方法十分简单，只需将Copy成员函数的返回类型改为MyClass对象引用即可，这样s1和返回对象共享同一内存空间。 引用返回值经常用于运算符重载中，这将在第5章中介绍。 3.1.4 常引用 使用const修饰符可以说明引用，被说明的引用为常引用。其定义格式如下： const 数据类型 & 引用名; 例如： int x=2; const int &n=x; 其中，n是一个整型变量的常引用，不能通过该常引用更新对象。如： n++; //错误 但执行x++是正确的。 在实际应用中，常引用往往用作函数的形参，这样该函数中不能更新该参数所引用的对象，从而保护实参不被修改。 例如，有以下程序： #include <iostream.h> class Sample { int n; public: Sample(int i) { n=i; } int getn() const { return n; } }; int add(const Sample &s1,const Sample &s2) { int sum=s1.getn()+s2.getn(); return sum; } void main() { Sample s1(100),s2(200); cout << "sum=" << add(s1,s2) << endl; } 本程序的执行结果如下： sum=300 只有常成员函数才能操作常数据成员，没有使用const关键字说明的成员函数不能用来操作常数据成员。上述程序中的getn被说明为常成员函数，因此，它可以对常引用s1和s2进行操作，如果不将getn函数说明为常成员函数，则以下语句： int sum=s1.getn()+s2.getn(); 出现如下的编译错误： 'getn' : cannot convert 'this' pointer from 'const class Sample' to 'class Sample &' Conversion loses qualifiers