C++的优秀特性1：引用

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一本典型的C语言教科书的厚度大约是200页左右，而一本典型的C++教科书的厚度至少要500页。比如K&R的《The C Programming Language》的厚度是272页，而权威性于此大致相当的Stroustrup的C++教科书《The C++ Programming Language》的厚度是1019页，后者是前者的3.75倍。这给C++工作者带来了沉重的负担，纯记忆这些内容就已非易事，能深入理解则消耗更多的实践，如果想把C++的每一个特性熟练恰当的运用，则近乎天方夜谭。

这源于C++的特性之复杂。为了在底层上兼容C并保持较高的运行效率，C++尽管号称对语言本身的特性进行了大大的限制，然而实际的结果并不理想。这里有大量的特性是程序员无法准确把握的，或者会造成误解，容易引起错误的。比如C++的默认参数特性，这个特性设计的本意是为了让C++的接口调用者使用起来更简单，或者对接口保持向下兼容，然而实际的效果并不理想。需要考虑的情况实在是太多了。对于一个含有默认参数的调用者来说，他需要搞清楚默认的参数是哪个，默认的情况下参数取值是什么，这些取值很多情况下并不是显而易见的，每到这样的一个地方就需要仔细的检查，看看是不是与接口设计的一致。非常容易发生错误。默认参数的个数还可能超过一个，这种情况下还夹杂类型隐式转换，实在是让人头疼不已。

因此不难看出，C++并非每一个特性都适合在实际中使用，而其中大量的特性，其实是实际中不适合使用的。因此很有必要有一个详细的介绍，能将C++中的优秀特性圈出来，让程序员在实际开发时优先选择这些优秀特性，而对其它C++特性的使用则采取谨慎的态度。

如果你之前用过别的高级语言，如Java／Python之类的，那么C++的引用特性可能有一部分是容易理解的，而有一部分则是有所不同的。

int a = 0;
int& b = a;    // b是a的引用，对b的所有操作等同于作用到a上，包括作为左值和右值
b = 10;    // 此时a = 10，b = 10
int* c = &b;     // c持有的是a的地址，也是b的地址

这里的int& b定义了一个引用，需要立刻将被引用的对象作为右值赋值。

这段程序至少可以得到以下几个结论：

1. 引用实际上是一个别名，相当于对变量换了个名字，其余不变（包括变量的地址）。
2. 引用一旦指向一个对象，则这种指向关系不能变更。
3. 对引用的操作等同于对它引用的对象进行操作。
4. 引用的生命期包含于被引用对象的生命期（引用生命期开始晚于被引用对象生命期开始，结束则更早）。
5. 引用不同于指针之处在于，引用关系是不能变更的；而指针的指向关系是可以变更的。实际上，一个引用大致相当于定义了一个const指针(int* const b = &a;)。
6. 引用不能指向一个空对象（null）。

这里的引用和Python相同的点是#1，＃3，＃4；不同之处是＃2，＃5，＃6。

引用出了可以定义变量之外，还可以作为形参。当引用作为形参时，传入的对象不会被拷贝，二是直接拷贝了地址。如：

int createFile(const std::string& filePath)
{
    // 以filePath作为文件名创建文件
　　return 0;
}

这里的filePath是一个std::string类型的对象，这个对象作为行参传入时，不会被复制，从而提高了效率。实际上，往往比这一点更重要的是，有些对象是无法复制的，比如锁、单例对象等。

当使用引用时，一个const修饰符往往是必要的。只要对象不需要在后续的代码中修改（mutate），那么就可以给该对象的引用加上const修饰符。关于const修饰符使用的场景，后面会介绍。

了解了一个特性之后，就有一个很重要的问题：什么场景下使用这个特性？总结下来看，对引用的使用，可以归结为以下几点：

　　1. 对复杂表达式创建别名，提高可读性，降低思维成本。

std::vector<std::string> fields;
// 创建fields，填充值，这往往来自于一个parse操作，或者是一个split操作
const std::string& username = fields[0];    // 这里定义了一个别名，相比记忆fields[0]这种带脚标的表达式，实在是容易多了。
const std::string& age = fields[1];    // 还可以定义更多的别名
// 使用username和age，显著降低了思维成本，提高了代码的可读性

　　2. 在形参中引用复杂的对象，避免对象拷贝。

　　3. 返回一个对象的引用，避免拷贝。根据结论＃4，返回的对象的生命期需要包含调用者取得引用的生命期。因此返回一个局部变量是不允许的。但可以返回一个成员变量、static对象、全局对象。

　　4. 作为形参传入，用于保存函数对该形参的修改。这通常适合需要多返回值的情况，或者返回值是复杂对象，切不满足上述第3条，不是成员变量、static对象、全局对象。

然而，好的特性并不是可以被滥用的，如果定义一个下述的形参：

int nextNumber(const int& n)
{
    return n + 1;
}

　则是完全不必要的，因为int型是一个基本类型，不是复杂类型，这样做就是“画蛇添足”。

为了让读者能专注在C++的特性上，这里的例子都是尽可能简单的。