C++必知必会(五) 引用是别名而非指针

引用(reference)是一个现有对象的别名。用对象来初始化引用之后，那么对象的名字或引用的名字都可以用于指向(refer to)该对象：
int a = 12;
int &ra = a;
--ra; // a == 11;
a = 10; // ra = 10;
int *ip = &ra;
人们常常会将引用和指针相混淆，原因大概在于C++编译器通常采用指针的方式实现引用，但引用其实不是指针，其行为和指针并不相同。
在引用和指针之间存在三大区别：其一，不存在空引用(NULL Reference)；其二，所有引用都要初始化；其三，一个引用永远指向用来对它初始化的那个对象。比如说，在先前的例子中，引用ra在整个生命期内都指向a。绝大多数对引用的误用都滋生于对这三大区别的理解。
一些编译器可以捕捉到那些明显的创建空引用的尝试：
Employee &anEmployee = *static_cast(0);
然而，编译咕嘟可能无法侦测到不那么明显的创建空引用的尝试，从而导致在运行期发生未定义的行为：
Employee *getAnEmployee();
//...
Employee &anEmployee = *getAnEmployee(); // 可能是糟糕的代码
if (&anEmployee == 0)
如果getAnEmployee返回的是一个空指针，那么其后代码的行为就是未定义的。在这个例子中，最好使用一个指针来存放getAnEmployee返回的结果。
Employee *employee = getAnEmployee();
if (employee)//...
引用必须初始化的要求，意味着当一个引用初始化它所指向的那个对象必须存在。这一点很重要，因此我想再重复一遍：一个引用就是在该引用被初始化之前已经存在的一个对象的别名。一旦一个引用被初始化去指向一个特定的对象，那么该引用以后就不可以再指向别的对象；在一个引用的整个生命期内，该引用被绑定到用于初始化它的那个对象上。实际上，一个引用完成其初始化后，就只是初始化它的那个对象的别名了。这个“别名”属性使得引用常常成为形参的优秀选择。在以下swap函数模板中，形参a和b乃是传递给调用的实参的别名：
template
void swap(T &a, T &b)
{
　T temp(a);
　a = b;
　b = temp;
}
//...
int x = 1, y = 2;
swap(x, y);
               
在以上对swap的整个调用期间，a是x的别名，b是y的别名。提醒一下，引用所指向的对象可以没有名字，因此引用可用于为没有名字的对象赋予一个方便的名字：
int grades[MAX];
swap(grade[i], grade[j]);
在swap中的形参a和b分别被用实参grade[i] grade[j]初始化以后，这两个没有名字的数组元素就可以通过别名a, b进行操纵了。为了简化和优化，还可以采用更直接的方式来使用这个属性。
考虑如下函数，它用于设置二维数组中一个特定元素：
inline void set_2d(float *a, int m, int i, int j)
{
　a[i*m+j] = a[i*m+j] * a[i*m+i] + a[i*m+j];//哎呀
}
可以将注释有“哎呀”的那行代码替代为更简单的版本，该版本利用引用，而且还带来额外的好处，那就是正确！
inline void set_2d(float *a, int m, int i, int j)
{
　float &r = a[i*m+j];
　r = r * r + r;
}
一个指向非常量的引用是不可以用字面值或临时值进行初始化的：
double
　　PAN style="COLOR: #0000cc">&d = 12.3; //错误
swap(std::string("Hello"), std::string("World")); //错误 临时值
然而，一个指向常量的引用就可以：
const double &cd = 12.3; // OK
template
T add(const T &a, const T &b)
{
　return a+b;
}
//...
const std::string &greeting = add(std::string("Hello"), std::string("World")); // OK
当一个指向常量的引用采用一个字面值来初始化时，该引用实际上被设置为指向“采用该字面值初始化”的一个临时位置。因此，cd并非真的指向字面值12.3，而是指向一个采用12.3初始化的、类型为double的临时变量。greeting引用则指向对add的调用所返回的无名临时string值。一般说来，这类临时对象在创建它们的表达式的末尾被销毁（确切地说，就是离开作用域并且析构函数被调用）。然而，当这类临时对象用于初始化一个指向常量的引用时，在引用指向它们期间，这些临时对象会一直存在。