C++传值、传引用

C++传值、传引用

C++的函数参数传递方式，可以是传值方式，也可以是传引用方式。传值的本质是：形参是实参的一份复制。传引用的本质是：形参和实参是同一个东西。

传值和传引用，对大多数常见类型都是适用的（就我所知）。指针、数组，它们都是数据类型的一种，没啥特殊的，因此指针作为函数参数传递时，也区分为传值和传引用两种方式。

e.g.

void fun_1(int a);    //int类型，传值（复制产生新变量）
void fun_2(int& a);   //int类型，传引用（形参和实参是同一个东西）
void fun_3(int* arr); //指针类型，传值（复制产生新变量）
void func_4(int*& arr); //指针类型，传引用（形参和实参是同一个东西）

如果希望通过将参数传递到函数中，进而改变变量的值（比如变量是T a，T表示类型)，则可以有这2种方式选择：

1. 传a的引用：void myfun(T& a)
2. 传a的地址的值：void myfun(T* a)

传值方式

这是最简单的方式。形参意思是被调用函数的参数/变量，实参意思是主调函数中放到括号中的参数/变量。传值方式下，形参是实参的拷贝：重新建立了变量，变量取值和实参一样。

写一段测试代码，并配合gdb查看：

test.cc

#include <iostream>
using namespace std;

void swap(int a, int b){
    int temp;
    temp = a;
    a = b;
    b = temp;
    cout << a << " " << b << endl;
}

int main(){
    int x = 1;
    int y = 2;
    swap(x, y);
    cout << x << " " << y << endl;

    return 0;
}

➜  hello-cpp git:(master) ✗ g++ -g test.cc
➜  hello-cpp git:(master) ✗ gdb a.out
(gdb) b main
Breakpoint 1 at 0x4008fa: file test.cc, line 13.
(gdb) r
Starting program: /home/chris/work/hello-cpp/a.out 

Breakpoint 1, main () at test.cc:13
13          int x = 1;
(gdb) s
14          int y = 2;
(gdb) p &x
$1 = (int *) 0x7fffffffdc58
(gdb) p &y
$2 = (int *) 0x7fffffffdc5c
(gdb) s
15          swap(x, y);
(gdb) s
swap (a=1, b=2) at test.cc:6
6           temp = a;
(gdb) p &a
$3 = (int *) 0x7fffffffdc2c
(gdb) p &b
$4 = (int *) 0x7fffffffdc28
(gdb)

可以看到，实参x和y的值为1和2,形参a和b的值都是1和2；而x与a的地址、y与b的地址，并不相同，表明形参a和b是新建里的变量，也即实参是从形参复制了一份。这就是所谓的传值。

传指针？其实还是传值！

test2.cc

#include <iostream>
using namespace std;

void test(int *p){
    int a = 1;
    p = &a;
    cout << p << " " << *p << endl;
}

int main(void){
    int *p = NULL;
    test(p);
    if(p==NULL){
        cout << "指针p为NULL" << endl;
    }
    return 0;
}

这次依然用gdb调试（不用gdb也可以，直接看运行结果）：

➜  hello-cpp git:(master) ✗ g++ -g test2.cc
➜  hello-cpp git:(master) ✗ gdb a.out
(gdb) b main
Breakpoint 1 at 0x4009e0: file test2.cc, line 11.
(gdb) r
Starting program: /home/chris/work/hello-cpp/a.out 

Breakpoint 1, main () at test2.cc:11
11          int *p = NULL;
(gdb) s
12          test(p);
(gdb) p p
$1 = (int *) 0x0
(gdb) p &p
$2 = (int **) 0x7fffffffdc58
(gdb) s
test (p=0x0) at test2.cc:4
4       void test(int *p){
(gdb) s
5           int a = 1;
(gdb) p p
$3 = (int *) 0x0
(gdb) p &p
$4 = (int **) 0x7fffffffdc18
(gdb)

可以看到，main()函数内和test()函数内，变量p的值都是0,也就是都是空指针；但是它们的地址是不同的。也就是说，形参p只是从形参p那里复制了一份值（空指针的取值），形参是新创建的变量。

直接运行程序的结果也表明了这一点：

➜  hello-cpp git:(master) ✗ ./a.out
0x7fff2a329e24 1
指针p为NULL

传引用

传值是C和C++都能用的方式。传引用则是C++比C所不同的地方。传引用，传递的是实参本身，而不是实参的一个拷贝，形参的修改就是实参的修改。相比于传值，传引用的好处是省去了复制，节约了空间和时间。假如不希望修改变量的值，那么请选择传值而不是传引用。

test3.cc

#include <iostream>
using namespace std;

void test(int &a){
    cout << &a << " " << a << endl;
}

int main(void){
    int a = 1;
    cout << &a << " " << a << endl;
    test(a);
    return 0;
}

再次开gdb调试（依然是多此一举的gdb...直接运行a.out看结果就可以）：

➜  hello-cpp git:(master) ✗ g++ -g test3.cc
➜  hello-cpp git:(master) ✗ gdb a.out
(gdb) b main
Breakpoint 1 at 0x4009af: file test3.cc, line 8.
(gdb) r
Starting program: /home/chris/work/hello-cpp/a.out 

Breakpoint 1, main () at test3.cc:8
8       int main(void){
(gdb) s
9           int a = 1;
(gdb) s
10          cout << &a << " " << a << endl;
(gdb) s
0x7fffffffdc44 1
11          test(a);
(gdb) s
test (a=@0x7fffffffdc44: 1) at test3.cc:5
5           cout << &a << " " << a << endl;
(gdb) s
0x7fffffffdc44 1
6       }
(gdb) 

直接运行./a.out的结果：

➜  hello-cpp git:(master) ✗ ./a.out
0x7ffec97399e4 1
0x7ffec97399e4 1

显然，形参a和实参a完全一样：值相同，地址也相同。说明形参不是实参的拷贝，而是就是实参本身。

简单实践-实现swap()函数

swap()函数用来交换两个数字。根据前面一节的分析和测试，可以知道，既可以用传值的方式（也即传指针）来实现，也可以用传引用的方式来实现。

代码如下：

myswap.cc

#include <iostream>
using namespace std;

void myswap_pass_by_reference(int& a, int &b){
    int t = a;
    a = b;
    b = t;
}

void myswap_pass_by_pointer_value(int* a, int* b){
    int t = *a;
    *a = *b;
    *b = t;
}

int main(){
    int a=1, b=2;
    cout << "originally" << endl;
    cout << "a=" << a << ", b=" << b << endl;

    myswap_pass_by_reference(a, b);
    cout << "after myswap_pass_by_reference" << endl;
    cout << "a=" << a << ", b=" << b << endl;

    myswap_pass_by_pointer_value(&a, &b);
    cout << "after myswap_pass_by_pointer_value" << endl;
    cout << "a=" << a << ", b=" << b << endl;

    return 0;

}

程序执行结果：

originally
a=1, b=2
after myswap_pass_by_reference
a=2, b=1
after myswap_pass_by_pointer_value
a=1, b=2

真的理解了吗？

其实出问题最多的还是指针相关的东西。指针作为值传递是怎样用的？指针作为引用传递又是怎样用的？

首先要明确，“引用”类型变量的声明方式：变量类型 & 变量名。

“指针”类型的声明方式：基类型* 变量名。

所以，“指针的引用类型”应当这样声明：基类型*& 变量名。

这样看下来，不要把指针类型看得那么神奇，而是把它看成一种数据类型，那么事情就简单了：指针类型，也是有传值、传引用两种函数传参方式的。

指针的传值

void myfun(int* a, int n)

指针的传引用

void myfun(int*& arr, int n)

update

考虑这样一个问题：写一个函数，遍历输出一个一维数组的各个元素。

第一种方法，数组退化为指针，传值。同时还需要另一个参数来指定数组长度：

void traverse_1d_array(int* arr, int n){
	...
}

缺点是需要指定n的大小。以及，传值会产生复制，如果大量执行这个函数会影响性能。

另一种方式，传入参数是数组的引用。想到的写法，需要事先知道数组长度：

void traverse_1d_array(int (&arr)[10]){
	...
}

缺点是需要在函数声明的时候就确定好数组的长度。这很受限。

还有一种方法。使用模板函数，来接受任意长度的数组：

template <size_t size>
void fun(int (&arr)[size]){
	...
}

这种使用模板声明数组长度的方式很方便，当调用函数时，编译器从数组实参计算出数组长度。也就是说，不用手工指定数组长度，让编译器自己去判断。这很方便啊。用这种方式，随手写一个2维数组的遍历输出函数：

template<size_t m, size_t n>
void traverse_array_2d(int (&arr)[m][n]){
	for(int i=0; i<m; i++){
		for(int j=0; j<n; j++){
			cout << arr[i][j] << ",";
		}
		cout << endl;
	}
}

总结一下

普通类型，以int a为例：

void myfun(int a)    //传值，产生复制
void myfun(int& a)	 //传引用，不产生复制
void myfun(int* a)   //传地址，产生复制，本质上是一种传值，这个值是地址

指针类型，以int* a为例：

void myfun(int* a)   //传值，产生复制
void myfun(int*& a)  //传引用，不产生复制
void myfun(int** a)   //传地址，产生复制，本质上是一种传值，这个值是指针的地址

数组类型，以int a[10]为例：

void myfun(int a[], int n) //传值，产生复制
void myfun(int* a, int n) //传值，产生复制，传递的数组首地址
void myfun(int (&arr)[10]) //传引用，不产生复制。需要硬编码数组长度
template<size_t size> void myfun(int (&arr)[size]) //传引用，不产生复制。不需要硬编码数组长度

reference

http://www.cnblogs.com/dolphin0520/archive/2011/04/03/2004869.html

http://www.cnblogs.com/yjkai/archive/2011/04/17/2018647.html

http://bbs.csdn.net/topics/390362450