从C语言过渡到C++之引用（别名）

今天要讲的是C++中我最喜欢的一个用法——引用，也叫别名。

引用就是给一个变量领取一个变量名，方便我们间接地使用这个变量。我们可以给一个变量创建N个引用，这N + 1个变量共享了同一块内存区域。

1. 声明引用

创建引用的格式如下：

数据类型 引用名 = 原变量

比如：

int a = 1;
int& b = a;

在这段代码中，我们给变量a创建了一个别名b。它们公用同一块内存区域，就是创建变量a时申请的区域。

注意：由于引用并不需要申请一块新的内存空间，因此在建立引用时只能声明，不能定义。

面试题中常考这个知识点，请问下面的代码是否正确：

int a = 1;
int& b;
b = a;

当然，它是错的。第二行错误，引用在声明的时候必须指定一个已有的变量，否则编译器不知道给它分配哪一块内存空间。

2. 引用的特性

前面已经提到了，引用唯一的特性就是使用已有的内存空间。我们用一段小程序来验证这个特性。

#include <iostream>

using namespace std;

int main()
{
  int a = 100;
  int &b = a;

  a += 50；
  cout << a << b << endl;

  b += 50;
  cout << a << b << endl;

  return 0;
}

大家可以自己运行一下这段代码，整个过程中，无论a放生变化还是b发生变化，a和b的值始终保持一致。

在使用引用时，我们需要注意下面的问题：

引用必须与已有的变量相联系引用并不独立分配内存空间 &前有数据类型，是引用符号；&前没有数据类型，是取地址符号

比如：int& b = a;和int* p = &a;，前者是引用符号，后者是取地址符号。

可以用引用给另一个引用初始化

代码如下:

int a = 100; int& b = a; int& c = b;

这段代码中，b和c都是a的引用。

引用声明后不能改变引用关系

int a = 100;
int& b = a;
int& c = b;

这段代码中，第三行想让c成为b的引用是办不到的。它实际实现的功能是把b的值传递给了a，c依然是a的引用。因为c一旦声明为变量a的引用，就不能再修改成变量b的引用了。

ps：这部分之前表述的有问题，感谢大家帮我指出。

3. 引用作为函数参数

这是引用最方便的地方。在学习C语言时，我们知道如果要写一个变量值交换的函数需要使用指针，代码如下：

void swap(int* p1, int* p2)
{
  int temp = *p1;
  *p1 = *p2;
  *p2 = temp;
}

int main()
{
  int a = 1;
  int b = 2;

  printf("a = %d, b = %d\n", a, b);

  swap(&a, &b);

  printf("a = %d, b = %d\n", a, b);
}

这段代码的执行结果如下：

我们通过swap函数成功交换了变量a和变量b的值。注意swap(&a, &b);这句话中的&符号是取地址符号。

很多同学不喜欢指针，见到*就恐惧。从今天起，我们可以用引用替代指针的使用。代码如下：

#include <iostream>

using namespace std;

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

int main()
{
  int a = 1;
  int b = 2;

  printf("a = %d, b = %d\n", a, b);

  swap(a, b);

  printf("a = %d, b = %d\n", a, b);
}

运行一下这段代码，看看结果：

结果完全相同。我们对swap函数做了修改，通过引用来得到形参的内存空间，之后通过引用完成这两块内存空间值的交换。

需要注意的是，在调用的时候swap(a, b);只需要进行值传递即可。

引用传参的好处：与值传递相比，引用传递不用申请新的内存空间，特别是在需要传递类的对象时，能够大大降低传参代来的开销。

4. 引用的常见错误

引用的常见错误是C++面试和笔试中的常见问题，总结如下：

4.1 引用类型不匹配

代码如下:

int a = 100; void& b = a; float& c = a;

第二行和第三行代码都会报错，引用的数据类型必须和原始变量类型相同。而且根本不存在void类型的引用。

4.2 不能建立引用数组

代码如下:

int array[5] = {0}; int& arr[5] = array;

这种写法不允许。

5. 最后

对于单个变量的地址传递问题，引用可以完美地取代指针。这使我们在设计函数参数时更加方便。如果需要限定参数不被修改，可以结合const关键字使用。

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