对象更有用的玻璃罩——常引用-阿里云开发者社区

原创案例讲解——”玻璃罩const”系列的三篇文章：

　　本文讲在基于对象的程序设计中，函数中传递参数使用更广泛的技术，利用引用及常引用的话题。

　　先从引用的作用开始谈起。

　　一、引用用在参数传递中的优势：带回修改值及节省开支

　　先从一个经典的例子开始。

　　假如现在要交换两个整数，编写出的程序如下：

//程序1
#include <iostream>  
using namespace std;  
void swap(int x, int y); //用整形本身做形参

int main()
{
	int a=5,b=3;
	swap(a,b);    //函数调用时传值
	cout<<"a="<<a<<" , b="<<b<<endl;  //输出a=5,b=3，根本不能完成交换值
	system("pause");
	return 0;
}

void swap(int x,int y)
{
	int t;
	t=x;
	x=y;
	y=t;
}

　　这个程序无法完成任务。因为在第9行调用swap()函数时，将实参a,b的值传递给了实参x,y，函数swap()在执行时，确实也交换了x和y。但是，任务最终交换a和b的要求却不能完成，前述的交换已经与a,b无关。

　　在传统C语言中，可以利用指针实现在函数中改变实参所对应存储单元的值。

//程序2
#include <iostream>  
using namespace std;  
void swap(int *x, int *y);

int main()
{
	int a=5,b=3;
	swap(&a,&b); //将a和b的地址值传递给形式参数x和y
	cout<<"a="<<a<<" , b="<<b<<endl;  //将输出a=3, b=5，交换成功
	system("pause");
	return 0;
}

void swap(int *x,int *y) //x指向a，y指向b
{
	int t;
	t=*x;
	*x=*y;   //对*x的修改，即是对实参a的修改
	*y=t;    //对*y的修改，即是对实参b的修改
}

　　在将实际参数a和b的地址值传递给形式参数x和y后，swap()函数中所做出的针对x和y所指向的单元的修改，改的就是a和b的值。函数调用完后，尽管x和y的生命周期结束，但“交换”的结果却留在了main()函数中。

　　在C++中，引入了引用类型专门处理此类问题。

//程序3
#include <iostream>  
using namespace std;  
void swap(int &x, int &y);

int main()
{
	int a=5,b=3;
	swap(a,b); //a即是x，b即是y
	cout<<"a="<<a<<" , b="<<b<<endl;  //将输出a=3, b=5，交换成功
	system("pause");
	return 0;
}

void swap(int &x,int &y) //x即是a，y即是b
{
	int t;
	t=x;
	x=y;   //对x的修改，即是对实参a的修改
	y=t;    //对y的修改，即是对实参b的修改
}

　　在第9行调用函数swap()时，按函数传值的特点和引用类型的含义，x与a共用存储单元，y与b共用存储单元，所以在执行函数swap时，对x和y的修改，就是对a和b的修改。函数调用完后，x和y的生命周期结束了，但a和b显然保存的是交换后的值。

　　略做一个总结，可以发现程序3中的诸多优势。

　　程序3与程序2相比，都能实现在函数中修改实参对应的值，但在实现中，不用意识到地址的存在，并且从调用的角度，swap(a,b)比swap(&a,&b)直观、简单的多，这会有效减少程序中在调用时可能犯的错误。程序2中需要两个存储地址值的单元x和y，而程序3中的x和y直接用的就是a和b的单元，从空间角度，节省了可能我们并不在意的一点点空间。

　　程序3与程序1相比，两者在调用的形式上完全一样，函数体的写法完全一样，仅是函数原型中有些许差别。但是，程序3之伟大之一在于，可以在函数中对实参的值进行修改，而程序1却不行。另外一个显著区别在于，程序1在调用sway()时，要为形参分配存储单元，然后将实参的值写入，而程序3中x和y直接用的就是a和b的单元，不用分配空间，也不用花时间赋值。从本例中，程序1的空间多占用8个字节（x和y分别4字节），赋值要多占用一点点时间，这点空间和时间微不足道。但是，如果形参和实参是对象，并且数据成员比较多，尤其是某些成员是数组等占用空间很大时，引用的机制带来的在开支上的节约就不是可以轻言忽略了。

　　综上，鉴于可以实现修改的功能，以及在空间、时间上的巨大优势，可以提高程序的执行效率。当函数参数中需要涉及对象(类)时，我们用引用类型。

　　引用，专为对象而生！

　　二、类对象的引用做形式参数

　　看一个例子：

//程序4
#include <iostream>  
using namespace std;  
class  Test  
{  
private:   
	int x;   
	int y;  
public:  
	Test(int a, int b){x=a;y=b;}  
	void printxy() const;  
	void setX(int n) {x=n;}  
	void setY(int n) {y=n;}  
} ;  
void Test::printxy() const   
{  
	cout<<"x*y="<<x*y<<endl;  
}  

void doSomething(Test &p1)  //形参是引用类型 
{
	p1.setX(5); 
	p1.printxy( ); 
}

void main(void)  
{      
	Test t1(3,5);
	doSomething(t1); //实参是对象，t1和p1是同义词，p1占用的就是t1的地址
	t1.printxy(); 
	system("pause");  
}

　　可以知道，程序执行的结果是输出了两次：x*y=25。第一次的输出表明，在调用doSomething()函数中，t1的x数据成员被修改；而第2次的输出则说明，这个修改确实影响了实参t1，尽管随着程序调用结束，这种引用关系已经解除。

　　这是一件令人感到快意的事。但，问题由此而生。如果在需求中，doSomething()函数确定为不允许修改t1，这种机制不正好成了bug的温床，当程序员无意中错误地写入了诸如第22行对数据成员修改的语句，这种错误将被编译器包庇下来。假如项目灰常大，那是令人抓狂的后果。

　　为了限制这种无意的修改，我们想到了玻璃罩——const。

　　三、用对象的常引用做形参

　　所谓对象的常引用，就是将引用用const进行限定。自然，引用不能被修改。

　　将对象说明为常引用形式是：

　　　　const 类型名 &对象名;

　　下面是用对象的常引用做形参的例子。

//程序5
#include <iostream>  
using namespace std;  
class  Test  
{  
private:   
	int x;   
	int y;  
public:  
	Test(int a, int b){x=a;y=b;}  
	void printxy() const;  
	void setX(int n) {x=n;}  
	void setY(int n) {y=n;}  
} ;  
void Test::printxy() const   
{  
	cout<<"x*y="<<x*y<<endl;  
}  

void doSomething(const Test &p1)  //形参是常引用 
{
	p1.setX(5);  //将招致错误——error C2662: “Test::setX”: 不能将“this”指针从“const Test”转换为“Test &”
	p1.printxy( ); 
}

void main(void)  
{      
	Test t1(3,5);
	doSomething(t1); //实参是对象
	system("pause");  
}

　　第22行在编译时会出现错误，这说明用常引用做形参可以避免函数中对对象的修改。无论实际参数是否为常对象，这种限制都是存在的。

　　四、小结

　　在对象做函数的形式参数时，用对象的引用做形式参数是一个直观且高效的处理方法，提倡用好。

　　当不允许在函数体内对参数的值作出修改时，常将形式参数指定为const，这也是需要用好的C++的特性。

　　五、玻璃罩系列总结

　　我将const比喻为一个玻璃罩，由const决定的“常XX”的目标就是防止出现不该发生的对变量/对象的改变，“只许看不许摸”式的限制，成了一个有效的机制。

　　下面将限制由严格到更灵活做个排列，也作为对系列文章的总结。

方法	示例	含义	详解链接
使用常对象	Test const t1;或 const Test t1;	对象在初始化之后，在任何情况下都不能被修改。这是最严格的限制。（整体任何时候、任何场合都不能改）	名为const的玻璃罩
类中定义常数据成员	class Test{ const int x; …… }	Test类的任一对象，其数据成员x 均不能被修改；访问x的成员函数也必须为常成员函数。（对象中的某一特定部分在任何时候、任何场合都不能改）	名为const的玻璃罩
类中定义常成员函数	class Test{ int x; …… void f() const; }	f 函数中，对本类的数据成员，可以访问，但不可以修改（在本函数之外，随便；但进了本函数所管辖范围，谁都不要改，无论是在其他场合可改变的非 const 对象，还是在其他场合也不能改变的const对象。f 的地盘 f 做主。）	名为const的玻璃罩
函数参数中使用指向常对象的指针作形式参数	void f(const Test p1, Test p2)	通过*p1访问实参的对象，无论对象是否加了const 限定，都不可以被修改。而在同一个函数中，p2所指向的对象却是可以被修改的。（在 f 的地盘上，根据声明区别对待，不该改的别该，该改的任你改。——民主社会的追求。）（用指针避免了函数调用中“大”对象的复制，可以提高效率。）	玻璃罩保护哪一个
函数参数中使用指向常引用作形式参数	void f(const Test &t1, Test &t2)	通过t1访问实参的对象，无论对象是否加了const 限定，都不可以被修改。而在同一个函数中，t2所引用的对象却是可以被修改的。（在 f 的地盘上，根据声明区别对待，不该改的别该，该改的任你改。——这也是实现“民主”的一种途径。）（用引用除了可以避免了函数调用中“大”对象的复制，可以提高效率外，其调用形式更加直观。）	本文

　　最后一种“函数参数中使用指向常引用作形式参数”是C++中提供的精华，应该提倡在需要的时候用好。《c++编程规范——101条规则、准则与最佳实践》中也强调：

始终用const 限制所有指向只输入参数的指针和引用；
优先按const 的引用取得其他用户定义类型的输入。

　　在C++类库中对（成员）函数的处理也是遵循了这些原则。为进一步加强读者对此的映像，列举出C++标准类库中string类的成员函数的原型以供赏析，也以此作为本系列三篇文章的结束。以这些砖，引出读者更高质量的程序来。

//以下文档来自MSDN，可以看出其中对象的常引用作形式参数的应用有多么广泛。
//要看懂这些内容只需再结合一点“类模板”的有关知识即可，请读者自行解决。
namespace std {
//    TEMPLATE CLASSES
template<class E>
    struct char_traits;
struct char_traits<char>;
struct char_traits<wchar_t>;
template<class E,
    class T = char_traits<E>,
    class A = allocator<E> >
    class basic_string;
typedef basic_string<char> string;
typedef basic_string>wchar_t> wstring;
//    TEMPLATE FUNCTIONS
template<class E, class T, class A>
    basic_string<E, T, A> operator+(
        const basic_string<E, T, A>& lhs,
        const basic_string<E, T, A>& rhs);
template<class E, class T, class A>
    basic_string<E, T, A> operator+(
        const basic_string<E, T, A>& lhs,
        const E *rhs);
template<class E, class T, class A>
    basic_string<E, T, A> operator+(
        const basic_string<E, T, A>& lhs,
        E rhs);
template<class E, class T, class A>
    basic_string<E, T, A> operator+(
        const E *lhs,
        const basic_string<E, T, A>& rhs);
template<class E, class T, class A>
    basic_string<E, T, A> operator+(
        E lhs,
        const basic_string<E, T, A>& rhs);
template<class E, class T, class A>
    bool operator==(
        const basic_string<E, T, A>& lhs,
        const basic_string<E, T, A>& rhs);
template<class E, class T, class A>
    bool operator==(
        const basic_string<E, T, A>& lhs,
        const E *rhs);
template<class E, class T, class A>
    bool operator==(
        const E *lhs,
        const basic_string<E, T, A>& rhs);
template<class E, class T, class A>
    bool operator!=(
        const basic_string<E, T, A>& lhs,
        const basic_string<E, T, A>& rhs);
template<class E, class T, class A>
    bool operator!=(
        const basic_string<E, T, A>& lhs,
        const E *rhs);
template<class E, class T, class A>
    bool operator!=(
        const E *lhs,
        const basic_string<E, T, A>& rhs);
template<class E, class T, class A>
    bool operator<(
        const basic_string<E, T, A>& lhs,
        const basic_string<E, T, A>& rhs);
template<class E, class T, class A>
    bool operator<(
        const basic_string<E, T, A>& lhs,
        const E *rhs);
template<class E, class T, class A>
    bool operator<(
        const E *lhs,
        const basic_string<E, T, A>& rhs);
template<class E, class T, class A>
    bool operator>(
        const basic_string<E, T, A>& lhs,
        const basic_string<E, T, A>& rhs);
template<class E, class T, class A>
    bool operator>(
        const basic_string<E, T, A>& lhs,
        const E *rhs);
template<class E, class T, class A>
    bool operator>(
        const E *lhs,
        const basic_string<E, T, A>& rhs);
template<class E, class T, class A>
    bool operator<=(
        const basic_string<E, T, A>& lhs,
        const basic_string<E, T, A>& rhs);
template<class E, class T, class A>
    bool operator<=(
        const basic_string<E, T, A>& lhs,
        const E *rhs);
template<class E, class T, class A>
    bool operator<=(
        const E *lhs,
        const basic_string<E, T, A>& rhs);
template<class E, class T, class A>
    bool operator>=(
        const basic_string<E, T, A>& lhs,
        const basic_string<E, T, A>& rhs);
template<class E, class T, class A>
    bool operator>=(
        const basic_string<E, T, A>& lhs,
        const E *rhs);
template<class E, class T, class A>
    bool operator>=(
        const E *lhs,
        const basic_string<E, T, A>& rhs);
template<class E, class T, class A>
    void swap(
        const basic_string<E, T, A>& lhs,
        const basic_string<E, T, A>& rhs);
template<class E, class T, class A>
    basic_ostream<E>& operator<<(
        basic_ostream <E>& os,
        const basic_string<E, T, A>& str);
template<class E, class T, class A>
    basic_istream<E>& operator>>(
        basic_istream <E>& is,
        basic_string<E, T, A>& str);
template<class E, class T, class A>
    basic_istream<E, T>& getline(
        basic_istream <E, T>& is,
        basic_string<E, T, A>& str);
 template<class E, class T, class A>
    basic_istream<E, T>& getline(
        basic_istream <E, T>& is,
        basic_string<E, T, A>& str,
        E delim);
    };

（全文完）

对象更有用的玻璃罩——常引用

热门文章

最新文章

相关课程

相关电子书

相关实验场景

探索云世界

热门

云计算

大数据

云原生

人工智能

数据库

开发与运维

活动广场

任务中心

训练营

直播

乘风者计划

下载

镜像站

技术资料