[原创]C++基础系列

有没有想过一个问题，为什么C++ 有了指针( Pointer)，仍然引进 “引用(Reference)” 这个概念？C++之父的解释：

C++ inherited pointers from C, so I couldn’t remove them without causing serious compatibility problems. References are useful for several things, but the direct reason I introduced them in C++ was to support operator overloading (简译： C++ 为了兼容 C，所以不可能会移除指针；引用在很多地方有用处，但主要是为了解决运算符重载 )

operator overloading (运算符重载)

运算符重载为什么必须要用到引用呢？我们看看下面一个实例，你就能理解为什么需要引用

#include <iostream>
using namespace std;

class Box
{
public:
    int length;
    Box(int len){ length = len; }

    //值方式重载
    Box operator+=(const Box b)
    {
        Box box(0);
        box.length = this->length + b.length;
        return box;
    }

    //引用方式重载
    Box& operator+=(const Box& b)
    {
        this->length = this->length + b.length;
        return *this;
    }

    //指针方式重载
    Box* operator+=(const Box* b)
    {
        this->length = this->length + b->length;
        return this;
    }
};

Box GetBox() { return Box(1); }

int main()
{
    Box box(1);
    //值方式重载示例
    (box += box) += box; //result:1
    //引用方式重载示例
    (box += box) += box;//result:4
    //指针方式重载示例
    *(box += &box) += &box;//result:4
    //只有引用方式的重载才能正确编译
    box += GetBox();
    cout << "box.Length = " << box.length << endl;
    return 0;
}

值方式重载有两个问题：

构造函数被调用多次；浪费性能
功能未实现；(box += box) += box 结果不符合预期

指针方式重载也有以下两个问题：

写法不够简洁，晦涩难懂
box += GetBox() 编译不过（不能用 “右值” 当实参）

函数参数

C++ 之父说还说，引用在有些地方也很有用。除了重载运算符，作为函数参数也很有用，示例如下：

void Func(Foo foo);//有拷贝构造,不推荐
void FuncPtr(Foo* foo);//无拷贝构造,但是foo使用之前需判空
void FuncRef(const Foo& foo);//无拷贝构造,官方推荐(可传入右值实参)

你是不是以为就这了？其实它还有个隐藏的用处，请看以下代码：

void foo(const int& value)
{
    int temp = value + 1;
}

void bar(const int* value)
{
    int temp = *value + 1;
}

int main()
{
    int value = 1;
    int& ref = value;
    int* ptr = &value;

    foo(2);
    foo(value);
    foo(ref);

    bar(2);      //error
    bar(value);  //error
    bar(ptr);    //error
    return 0;
}

函数 foo(const int& value) 可以接受三种实参，这一点在模板里面很有用；而 bar(const int* value) 只能接受指针类型实参

函数返回值

还有没有其它用处呢？我觉得写单例的时候会用到。以下是 C++ 单例的 “标准” 写法：

class Singleton 
{
 private:
    Singleton (void)

 public:
    static Singleton& getInstance()
    {
        static CSingleton m_pInstance;
        return m_pInstance;
    }
};

为什么引用的单例比指针的更好？因为安全，返回的是引用不可被更改，而且不会为空

总结

综上，引用的作用有以下地方：

operator overloading；不仅是为了简化语法，还是为了实现功能
作为函数形参
作为函数返回值

当然，我们这里讨论的都是普通引用，也就是左值引用；C++ 11以后引入了右值引用，初看很迷惑，实际也是为了解决问题，下一篇我们再来谈谈