C++引用与const C++引用的使用与const修饰符

1、引用

引用是给已经定义的变量一个别名，可以简单理解成同一个变量的昵称。既然是昵称或者是别名，显然它和原本的变量名有着同样的效力。所以我们对别名进行修改，原本的变量值也一样会发生变化。

我们通过符号&来表明引用，

比如下面这个例子，我们创建了a变量的一个引用b

int a = 3;
int &b = a;
b++;
cout << a << endl;

由于b是a的一个引用，本质上来说它们是同一个变量，只不过名称不同。所以我们对b修改，等价于对a进行同样的修改。所以输出的结果是4。

也就是说我们需要把引用变量和原变量当成是同样的变量，只不过名称不同，其中一个发生变化，另外一个一样会生效。

看上去有些像是指针，因为创建指针也能有类似的效果：

int a = 3;
int *p = &a;

*p++;
cout << a << endl;

但是引用和指针还是有些区别，这个问题在C++相关的面试当中经常会问到，也是作为基本功的考察之一。

首先一个区别是，引用必须在声明的时候就进行初始化，没办法先声明再赋值：

int *pt;  // 合法
int &b;  // 非法

从这个角度来说，引用更接近const指针，一旦与某个变量关联就不能再指向其他变量：

int &b = a;
// 等价于
int *const pt = &a;

在这个例子当中，b等价于*pt。

如果我们输出引用和原变量的地址，会得到同样的结果：

int a = 3;
int &b = a;

cout << &a << " " << &b << endl;

2、函数引用传递

其实到这里有一个问题，既然引用只是别名，我们已经有了原本的变量名可以用了，又何必多此一举创建变量的引用呢？

所以引用不是为了顺序执行的逻辑创建的，一个最常见的使用场景就是函数参数传递的时候，可以设置函数接收的变量类型为引用。

如：

void swap1(int& a, int& b) {
    int temp = b;
    b = a;
    a = temp;
}

void swap2(int a, int b) {
    int temp = b;
    b = a;
    a = temp;
}

我们创建了两个swap函数，其中一个传递的参数是引用，另外一个就是普通的值传递。如果大家去分别调用这两个函数进行尝试，会发现swap2函数没有生效。

因为值传递的时候，会发生拷贝，也就是说函数内部接受的其实是变量的拷贝。我们对于拷贝无论如何修改也不会影响原值，而传引用就不一样了。前面说过，引用和原变量是等价的。我们对引用进行修改等价于对原变量进行修改。

这样的话，我们就可以实现在函数体内部对外部传入的参数进行修改。在一些特殊的场景当中，非常方便。比如一些复杂的树形数据结构，通过使用引用可以大大降低代码的编写难度。

除此之外，使用引用还有一个好处，既然我们传递的引用和原值是等价的。那么也就免去了拷贝变量的开销，如果我们传递的是int，double这样的变量还好，如果是一个包含大量元素的容器，如vector,set,map等，使用引用传递可以带来明显的效率提升，也会降低内存开销。

3、引用与const

前文当中说过，我们可以让函数接收一个引用变量，从而免去变量拷贝的开销，达到提升程序运行效率的目的。

如果我们想要传递引用，但又不希望在函数内部对引用的变量进行修改，以免影响外部变量。我们可以使用常量引用，也就是加上const修饰符。

double sqrt(const double &x);

由于我们加上了const修饰符，当我们在函数内部对引用进行修改的时候，会触发编译器的报错。一般来说，如果传递的只是基本类型的变量，我们其实没有必要这么操作，直接值传递即可。这种做法一般用在传递一些大型结构体或者是大型容器的时候。

这里有一个小细节需要当心，由于我们传递的是引用，需要保证传递的参数是一个实参，而不是表达式。如这样的代码编译时会报错：

double distance(double &x, double &y) {
    return sqrt(x * x + y * y);
}

int main() {
 double x = 3.0, y = 4.0;
 cout << distance(x + 3.0, y + 4.0);
}  

报错的原因在于，函数distance接收的是一个double类型的引用，而我们传递的却是x+3这样的表达式。显然表达式没有对应的引用。所以编译器会报错，告诉我们参数类型不匹配：

但神奇的是，如果我们把函数签名稍微改一下，加上const修饰符，会发现报错消失了：

double distance(const double &x, const double &y) {
    return sqrt(x * x + y * y);
}

这并不是编译器的bug，而是编译器针对const引用做了特殊处理。当编译器发现传入的不是double类型的变量的时候，它会创建一个临时的无名变量，将这个临时变量初始化成x+3.0 ，然后再传入这个临时变量的引用。C++只会对const引用参数执行这个操作。

除了表达式之外，如果变量的类型不匹配也一样会创建临时变量。这些临时变量只会在函数调用期间存在，函数运行结束之后，编译器会将其删除。

为什么会有这样的设计呢？C++ Primer当中提供了这样一个例子：

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

long a = 3, b = 5;
swapr(a, b);

在早期C++没有严格限制的情况下，这段代码会发生什么呢？

由于类型不匹配，所以编译器会创建两个临时的int变量，但它们初始化成3和5，再传入函数当中。然后执行函数当中交换变量的逻辑，但问题是，我们交换的是两个临时变量，原变量并不会生效。

所以后来版本的C++优化了这个问题，禁止了传递引用时创建临时变量。而当引用有const修饰时并不会对原值进行修改，并不会影响逻辑和结果，所以豁免了这个禁令。

4、const修饰符的优点

在函数签名当中，如果要接收引用，我们要尽可能使用const，我们来看下这样做的好处：

• 可以避免无意中修改数据
• 可以处理const和非const参数，否则，只能接受非const变量
• 可以接受临时变量

这篇文章转自公众号：Coder梁（ID：Coder_LT）