左值引用

在 C++ 中，引用（reference） 是某个已存在对象的别名。一旦定义了引用，对该引用的任何操作都作用在被引用的对象上；因此，我们可以通过引用读取或修改原对象。

初看之下，引用似乎多余，但在 C++ 中它们无处不在，稍后几课将展示其强大用途。

关键要点
引用在语义上与其所引用的对象完全一致。

（进阶提示）
也可以创建对函数的引用，只是这种做法较少见。

现代 C++ 提供两种引用：

左值引用（lvalue reference）
右值引用（rvalue reference）

本章仅讨论左值引用；右值引用将在第 22 章“移动语义”中介绍。

左值引用类型

左值引用（常简称“引用”）是某个左值对象（如变量）的别名。
其类型由被引用类型后加一个 & 标识：

int        // 普通 int，非引用
int&       // 指向 int 的左值引用
double&    // 指向 double 的左值引用
const int& // 指向 const int 的左值引用

int& 表示“指向 int 的左值引用”；
const int& 表示“指向 const int 的左值引用”。

术语

引用类型：带 & 的完整类型（如 int&）。
被引用类型：去掉 & 后的类型（如 int）。

左值引用分为两种：

非常量左值引用：可修改原对象。
常量左值引用：只读原对象（下一课 12.4 讨论）。

左值引用变量

定义语法：在变量名前加 &：

int x{ 5 };   // 普通整型
int& ref{ x }; // ref 是 x 的左值引用

示例程序：

#include <iostream>

int main()
{
    int x{ 5 };
    int& ref{ x };

    std::cout << x << '\n';   // 5
    std::cout << ref << '\n'; // 5
}

输出：

5
5

风格建议
现代 C++ 社区倾向把 & 写在类型侧：int& ref，以突出“引用”是类型的一部分，而非标识符的一部分。

通过非常量左值引用修改原对象

#include <iostream>

int main()
{
    int x{ 5 };
    int& ref{ x };

    std::cout << x << ref << '\n'; // 55

    x = 6;       // 通过 x 修改
    std::cout << x << ref << '\n'; // 66

    ref = 7;     // 通过 ref 修改
    std::cout << x << ref << '\n'; // 77
}

输出：

55
66
77

引用初始化

必须初始化；未初始化即报错。
初始化过程称为引用绑定（reference binding），被引用对象称referent。

int& invalidRef; // 错误：未初始化
int x{ 5 };
int& ref{ x };   // 合法：绑定到 x

非常量左值引用只能绑定到可修改左值：

int x{ 5 };
const int y{ 5 };

int& ref1{ x };       // OK
int& ref2{ y };       // 错误：不能绑定到 const 左值
int& ref3{ 0 };       // 错误：不能绑定到右值

（如果允许绑定到 const 或右值，则可通过引用修改其值，违反 const 语义。）

不允许 void&（无意义）。
类型不匹配时，编译器尝试隐式转换；若转换结果为右值，则非常量左值引用无法绑定，导致编译错误。

引用不可重定向

引用一经绑定，终身不可改指。

int x{ 5 }, y{ 6 };
int& ref{ x };
ref = y; // 把 y 的值赋给 x，而非让 ref 指向 y

作用域与生命周期

引用变量遵循与普通变量相同的作用域与生命周期规则；引用与其 referent 的生命周期相互独立：

int main()
{
    int x{ 5 };
    {
        int& ref{ x };
        std::cout << ref << '\n'; // 5
    } // ref 销毁，x 不受影响
    std::cout << x << '\n';      // 5
}

悬垂引用（dangling reference）

若 referent 先于引用被销毁，则引用悬垂，访问它产生未定义行为。我们将在 12.12 课“返回引用与返回地址”中展示实际场景。

引用不是对象

引用本身不是对象，不保证占用存储；编译器常将其优化掉。
因此“引用变量”一词并不严谨——变量是具名对象，而引用不是。
不能声明“引用的引用”，也不能把引用当作对象使用；若需可重定向的引用对象，可用 std::reference_wrapper（第 23.3 课）。

示例：

int var{};
int& ref1{ var };   // ref1 绑定 var
int& ref2{ ref1 };  // ref2 同样绑定 var（而非“引用的引用”）

int&& 在 C++11 起表示右值引用，而非“引用的引用”。

测验

问题 1
不编译运行，推断下面程序输出：

#include <iostream>

int main()
{
    int x{ 1 };
    int& ref{ x };

    std::cout << x << ref << '\n'; // 11

    int y{ 2 };
    ref = y; // 把 2 赋给 x
    y = 3;   // 仅改 y

    std::cout << x << ref << '\n'; // 22

    x = 4;   // 同时改 x 与 ref

    std::cout << x << ref << '\n'; // 44
}