C++引用作为函数参数

有了变量名，为什么还需要一个别名呢？C++之所以增加引用类型， 主要是把它作为函数参数，以扩充函数传递数据的功能。

到目前为止我们介绍过函数参数传递的两种情况。

1) 将变量名作为实参和形参

这时传给形参的是变量的值，传递是单向的。如果在执行函数期间形参的值发生变化，并不传回给实参。因为在调用函数时，形参和实参不是同一个存储单元。

【例6.18】要求将变量i和j的值互换。下面的程序无法实现此要求。

#include <iostream>
using namespace std;
int main( )
{
   void swap(int,int);  //函数声明
   int i=3,j=5;
   swap(i,j);  //调用函数swap
   cout<<i<<" "<<j<<endl;  //i和j的值未互换
   return 0;
}
void swap(int a,int b)  //企图通过形参a和b的值互换,实现实参i和j的值互换
{
   int temp;
   temp=a;  //以下3行用来实现a和b的值互换
   a=b;
   b=temp;
}

运行时输出3 5i和j的值并未互换。见图6.27示意。

为了解决这个问题，采用传递变量地址的方法。 

图6.27

2) 传递变量的指针

形参是指针变量，实参是一个变量的地址，调用函数时，形参(指针变量)指向实参变量单元。程序见例6.19。

【例6.19】使用指针变量作形参，实现两个变量的值互换。

#include <iostream>
using namespace std;
int main( )
{
   void swap(int *,int *);
   int i=3,j=5;
   swap(&i,&j);  //实参是变量的地址
   cout<<i<<" "<<j<<endl;  //i和j的值已互换
   return 0;
}
void swap(int *p1,int *p2)  //形参是指针变量
{
   int temp;
   temp=*p1;  //以下3行用来实现i和j的值互换
   *p1=*p2;
   *p2=temp;
}

形参与实参的结合见图6.28示意。 

图6.28

这种虚实结合的方法仍然是“值传递”方式，只是实参的值是变量的地址而已。通过形参指针变量访问主函数中的变量(i和j)，并改变它们的值。这样就能得到正确结果，但是在概念上却是兜了一个圈子，不那么直截了当。

在Pascal语言中有“值形参”和“变量形参”(即var形参)，对应两种不同的传递方式，前者采用值传递方式，后者采用地址传递方式。在C语言中，只有“值形参”而无“变量形参”，全部采用值传递方式。C++把引用型变量作为函数形参，就弥补了这个不足。

C++提供了向函数传递数据的第(3)种方法，即传送变量的别名。

【例6.20】利用“引用形参”实现两个变量的值互换。

#include <iostream>
using namespace std;
int main( )
{
   void swap(int &,int &);
   int i=3,j=5;
   swap(i,j);
   cout<<"i="<<i<<"  "<<"j="<<j<<endl;
   return 0;
}
void swap(int &a,int &b)  //形参是引用类型
{
   int temp;
   temp=a;
   a=b;
   b=temp;
}

输出结果为：    i=5 j=3

在swap函数的形参表列中声明a和b 是整型变量的引用。 

图6.29

实际上，在虚实结合时是把实参i的地址传到形参a，使形参a的地址取实参i的地址，从而使a和i共享同一单元。同样，将实参j的地址传到形参b，使形参b的地址取实参j的地址，从而使b和j共享同一单元。这就是地址传递方式。为便于理解，可以通俗地说：把变量i的名字传给引用变量a，使a成为i的别名。

请思考：这种传递方式和使用指针变量作形参时有何不同？分析例6.20(对比例6.19)，可以发现：

• 使用引用类型就不必在swap函数中声明形参是指针变量。指针变量要另外开辟内存单元，其内容是地址。而引用变量不是一个独立的变量，不单独占内存单元，在例6.20中引用变量a和b的值的数据类型与实参相同，都是整型。
• 在main函数中调用swap函数时，实参不必用变量的地址(在变量名的前面加&)，而直接用变量名。系统向形参传送的是实参的地址而不是实参的值。
• 这种传递方式相当于Pascal语言中的“变量形参”，显然，这种用法比使用指针变量简单､直观､方便。使用变量的引用，可以部分代替指针的操作。有些过去只能用指针来处理的问题，现在可以用引用来代替，从而降低了程序设计的难度。

【例6.21】对3个变量按由小到大的顺序排序。

#include <iostream>
using namespace std;
int main( )
{
   void sort(int &,int &,int &);  //函数声明,形参是引用类型
   int a,b,c;  //a,b,c是需排序的变量
   int a1,b1,c1;  //a1,b1,c1最终的值是已排好序的数列
   cout<<"Please enter 3 integers:";
   cin>>a>>b>>c;  //输入a,b,c
   a1=a;b1=b;c1=c;                       
   sort(a1,b1,c1);  //调用sort函数,以a1,b1,c1为实参
   cout<<"sorted order is "<<a1<<" "<<b1<<" "<<c1<<endl;  //此时a1,b1,c1已排好序
   return 0;
}
void sort(int &i,int &j,int &k)  //对i,j,k 3个数排序
{
   void change(int &,int &);  //函数声明,形参是引用类型
   if (i>j) change (i,j);  //使i<=j
   if (i>k) change (i,k);  //使i<=k
   if (j>k) change (j,k);  //使j<=k
}
void change (int &x,int &y)  //使x和y互换
{
   int temp;
   temp=x;
   x=y;
   y=temp;
}

运行情况如下：

可以看到：这个程序很容易理解，不易出错。由于在调用sort函数时虚实结合使形参i，j，k成为实参a1，b1，c1的引用，因此通过调用函数sort(a1, b1, c1)既实现了对i，j，k排序，也就同时实现了对a1，b1，c1排序。同样，执行change (i, j)函数，可以实现对实参i和j的互换。

引用不仅可以用于变量，也可以用于对象。例如实参可以是一个对象名，在虚实结合时传递对象的起始地址。这会在以后介绍。

当看到&a这样的形式时，怎样区别是声明引用变量还是取地址的操作呢？当&a的前面有类型符时(如int &a)，它必然是对引用的声明;如果前面无类型符(如cout<<&a)，则是取变量的地址。