Язык программирования C++. Пятое издание - Стенли Липпман

6.2.2. Передача аргумента по ссылке

Напомним, что операции со ссылками — это фактически операции с объектами, к которым они привязаны (см. раздел 2.3.1):

int n = 0, i = 42;

int &r = n; // r привязан к n (т.е. r - другое имя для n)

r = 42;     // теперь n = 42

r = i;      // теперь n имеет то же значение, что и i

i = r;      // i имеет то же значение, что и n

Ссылочные параметры используют это поведение. Обычно они применяются, чтобы позволить функции изменить значение одного или нескольких аргументов.

Для примера можно переписать программу reset из предыдущего раздела так, чтобы использовать ссылку вместо указателя:

// функция, получающая ссылку на объект типа int и обнуляющая его

void reset(int &i) // i - только другое имя объекта, переданного

                   // на обнуление

{

 i = 0; // изменяет значение объекта, на который ссылается i

}

Подобно любой другой ссылке, ссылочный параметр связывается непосредственно с объектом, которым он инициализируется. При вызове этой версии функции reset() параметр i будет связан с любым переданным ей объектом типа int. Как и с любой ссылкой, изменения, сделанные с параметром i, осуществляются с объектом, на который она ссылается. В данном случае этот объект — аргумент функции reset().

Когда вызывается эта версия функции reset(), объект передается непосредственно; поэтому нет никакой необходимости в передаче его адреса:

int j = 42;

reset(j); // j передается по ссылке; значение в j изменяется

cout << "j = " << j << endl; // выводит j = 0

В этом вызове параметр i — это только другое имя переменной j. Любое использование параметра i в функции reset() фактически является использованием переменной j.

Использование ссылки во избежание копирования

Копирование объектов больших классов или больших контейнеров снижает эффективность программы. Кроме того, некоторые классы (включая классы IO) не допускают копирования. Для работы с объектами, тип которых не допускает копирования, функции должны использовать ссылочные параметры.

В качестве примера напишем функцию сравнения длин двух строк. Поскольку строки могут быть очень длинными и их копирования желательно избежать, сделаем параметры ссылками. Так как сравнение двух строк не подразумевает их изменения, сделаем ссылочные параметры константами (см. раздел 2.4.1):

// сравнить длины двух строк

bool isShorter(const string &s1, const string &s2) {

 return s1.size() < s2.size();

}

Как будет продемонстрировано в разделе 6.2.3, для не подлежащих изменению ссылочных параметров функции должны использовать ссылки на константу.

Ссылочные параметры, которые не изменяются в функции, должны быть объявлены как const.

Использование ссылочных параметров для возвращения дополнительной информации

Функция может возвратить только одно значение. Но что если функции нужно возвратить больше одного значения? Ссылочные параметры позволяют возвратить несколько результатов. В качестве примера определим функцию find_char(), которая возвращает позицию первого вхождения заданного символа в строке. Функция должна также возвращать количество этих символов в строке.

Как же определить функцию, возвращающую и позицию, и количество вхождений? Можно было бы определить новый тип, содержащий позицию и количество. Однако куда проще передать дополнительный ссылочный аргумент, содержащий количество вхождений:

// возвращает индекс первого вхождения с в s

// ссылочный параметр occurs содержит количество вхождений

string::size_type find_char(const string &s, char c,

                            string::size_type &occurs) {

 auto ret = s.size(); // позиция первого вхождения, если оно есть

 occurs = 0;          // установить параметр количества вхождений

 for (decltype(ret) i = 0; i != s.size(); ++i) {

  if (s[i] == c) {

   if (ret == s.size())

    ret = i; // запомнить первое вхождение с

   ++occurs; // инкремент счетчика вхождений

  }

 }

 return ret; // количество возвращается неявно в параметре occurs

}

Когда происходит вызов функции find_char(), ей передаются три аргумента: строка, в которой осуществляется поиск, искомый символ и объект типа size_type (раздел 3.2.2), содержащий счетчик вхождений. Если s является объектом класса string, a ctr — объектом типа size_type, то функцию find_char() можно вызвать следующим образом:

auto index = find_char(s, 'o', ctr);

После вызова значением объекта ctr будет количество вхождений символа о, a index укажет на его первое вхождение, если оно будет. В противном случае значение index будет равно s.size(), a ctr — нулю.

Упражнения раздела 6.2.2

Упражнение 6.11. Напишите и проверьте собственную версию функции reset(), получающую ссылку.

Упражнение 6.12. Перепишите программу из упражнения 6.10 раздела 6.2.1 так, чтобы использовать ссылки вместо указателей при смене значений двух целочисленных переменных. Какая из версий, по вашему, проще в использовании и почему?

Упражнение 6.13. Если Т — имя типа, объясните различие между функцией, объявленной как void f(Т) и как void f(Т&).

Упражнение 6.14. Приведите пример, когда параметр должен быть ссылочным типом. Приведите пример случая, когда параметр не должен быть ссылкой.

Упражнение 6.15. Объясните смысл каждого из типов параметров функции find_char(). В частности, почему s — ссылка на константу, a occurs — простая ссылка? Почему эти параметры ссылочные, а параметр с типа char нет? Что будет, сделай мы s простой ссылкой? Что если occurs сделать константной ссылкой?

6.2.3. Константные параметры и аргументы

При использовании параметров, являющихся константой, следует помнить об обсуждении спецификатора const верхнего уровня из раздела 2.4.3. Как упоминалось в этом разделе, спецификатор const верхнего уровня — это тот спецификатор, который относится непосредственно к объекту:

const int ci = 42;  // нельзя изменить ci; const верхнего уровня

int i = ci;         // ok: при копировании ci спецификатор const

                    // верхнего уровня игнорируется

int * const p = &i; // const верхнего уровня; нельзя присвоить p

*p = 0;             // ok: изменение при помощи p возможно; i теперь 0

Как и при любой другой инициализации, при копировании аргумента для инициализации параметра спецификаторы const верхнего уровня игнорируются. В результате спецификатор const верхнего уровня для параметров игнорируется. Параметру, у которого есть спецификатор const верхнего уровня, можно передать и константный, и неконстантный объект:

void fcn(const int i) { /* fcn может читать, но не писать в i */ }

Функцию fcn() можно вызвать, передав ей аргумент типа const int или обычного типа int. Тот факт, что спецификаторы const верхнего уровня игнорируются у параметра, может иметь удивительные последствия:

void fcn(const int i) { /* fcn может читать, но не писать в i */ }

void fcn(int i) { /* ... */ } // ошибка: переопределяет fcn(int)

В языке С++ можно определить несколько разных функций с одинаковым именем. Однако это возможно только при достаточно большом различии их списков параметров. Поскольку спецификаторы const верхнего уровня игнорируются, мы можем передать те же типы любой версии функции fcn(). Вторая версия функции fcn() является ошибкой. Несмотря на внешний вид, ее список параметров не отличается от списка первой версии функции fcn().

Параметры в виде указателей или ссылок и константность

Поскольку параметры инициализируются так же, как и переменные, имеет смысл напомнить общие правила инициализации. Можно инициализировать объект со спецификатором const нижнего уровня неконстантным объектом, но не наоборот, а простую ссылку следует инициализировать объектом того же типа.

int i = 42;

const int *cp = &i; // ok: но cp не может изменить i (раздел 2.4.2)