EasyC++33,引用与const

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大家好,我是梁唐。

这是EasyC++系列的第33篇,引用与const。

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引用与const

前文当中说过,我们可以让函数接收一个引用变量,从而免去变量拷贝的开销,达到提升程序运行效率的目的。

如果我们想要传递引用,但又不希望在函数内部对引用的变量进行修改,以免影响外部变量。我们可以使用常量引用,也就是加上const修饰符。

double sqrt(const double &x);

由于我们加上了const修饰符,当我们在函数内部对引用进行修改的时候,会触发编译器的报错。一般来说,如果传递的只是基本类型的变量,我们其实没有必要这么操作,直接值传递即可。这种做法一般用在传递一些大型结构体或者是大型容器的时候。

这里有一个小细节需要当心,由于我们传递的是引用,需要保证传递的参数是一个实参,而不是表达式。如这样的代码编译时会报错:

double distance(double &x, double &y) {
    return sqrt(x * x + y * y);
}

int main() {
	double x = 3.0, y = 4.0;
	cout << distance(x + 3.0, y + 4.0);
}  

报错的原因在于,函数distance接收的是一个double类型的引用,而我们传递的却是x+3这样的表达式。显然表达式没有对应的引用。所以编译器会报错,告诉我们参数类型不匹配:

但神奇的是,如果我们把函数签名稍微改一下,加上const修饰符,会发现报错消失了:

double distance(const double &x, const double &y) {
    return sqrt(x * x + y * y);
}

这并不是编译器的bug,而是编译器针对const引用做了特殊处理。当编译器发现传入的不是double类型的变量的时候,它会创建一个临时的无名变量,将这个临时变量初始化成x+3.0,然后再传入这个临时变量的引用。C++只会对const引用参数执行这个操作。

除了表达式之外,如果变量的类型不匹配也一样会创建临时变量。这些临时变量只会在函数调用期间存在,函数运行结束之后,编译器会将其删除。

为什么会有这样的设计呢?C++ Primer当中提供了这样一个例子:

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

long a = 3, b = 5;
swapr(a, b);

在早期C++没有严格限制的情况下,这段代码会发生什么呢?

由于类型不匹配,所以编译器会创建两个临时的int变量,但它们初始化成3和5,再传入函数当中。然后执行函数当中交换变量的逻辑,但问题是,我们交换的是两个临时变量,原变量并不会生效。

所以后来版本的C++优化了这个问题,禁止了传递引用时创建临时变量。而当引用有const修饰时并不会对原值进行修改,并不会影响逻辑和结果,所以豁免了这个禁令。

const修饰符的优点

在函数签名当中,如果要接收引用,我们要尽可能使用const,我们来看下这样做的好处:

  • 可以避免无意中修改数据
  • 可以处理const和非const参数,否则,只能接受非const变量
  • 可以接受临时变量