引用初始化

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初始化
 

将一个引用绑定到一个对象。

语法

T & 引用 = 目标 ;

T & 引用 = { 实参1, 实参2, ... };

T & 引用 ( 目标 ) ;

T & 引用 { 实参1, 实参2, ... } ;

(1)

T && 引用 = 目标 ;

T && 引用 = { 实参1, 实参2, ... };

T && 引用 ( 目标 ) ;

T && 引用 { 实参1, 实参2, ... } ;

(2) (C++11 起)
给定 R 函数 ( T & 实参 ); 或 R 函数 ( T && 实参 ); (C++11 起)

函数 ( 目标 )

函数 ( { 实参1, 实参2, ... } )

(3)
T & 函数 () 或 T && 函数 () (C++11 起) 内

return 目标 ;

(4)
给定 类 内的 T & 引用 ; 或 T && 引用 ; (C++11 起)

类::类(...) : 引用( 目标) {...}

(5)

解释

到 T 的引用能以 T 类型的对象、T 类型的函数或可隐式转换到 T 的对象初始化。引用一旦初始化，便无法引用另一对象。

引用在下列情形初始化：

1) 以初始化器声明具名左值引用变量时
2) 以初始化器声明具名右值引用变量时
3) 在函数调用表达式中且有函数形参拥有引用类型时
4) 在函数的 return 语句中且函数返回引用类型时
5) 以成员初始化器初始化引用类型的非静态数据成员时

引用初始化的效果是：

  • 如果初始化器是花括号初始化器列表 { 实参1, 实参2, ... } ，那么遵循列表初始化。
  • 否则，如果引用是左值引用：
  • 如果 目标 是左值表达式，且其类型为 T 或派生于 T，而且有相等或更少的 cv 限定，那么引用被绑定到左值表达式所标识的对象或其基类子对象。 
double d = 2.0;
double& rd = d;        // rd 引用 d
const double& rcd = d; // rcd 引用 d
struct A {};
struct B : A {} b;
A& ra = b;             // ra 引用 b 中的 A 子对象
const A& rca = b;      // rca 引用 b 中的 A 子对象
  • 否则，如果 目标 的类型与 T 不相同且不从它派生，且 目标 拥有到类型为 T 或派生于 T 并有相等或更少的 cv 限定的左值的转换函数，那么绑定引用到转换函数所返回的左值所标识的对象（或到其基类子对象）。 
struct A {};
struct B : A { operator int&(); };
int& ir = B(); // ir 指代 B::operator int& 的结果
  • 否则，如果引用是到非 volatile 的 const 限定类型的左值引用或右值引用 (C++11 起)：
  • 如果 目标 是非位域右值或函数左值，且其类型是 T 或派生于 T ，并拥有相等或更少 cv 限定，那么绑定引用到初始化器表达式的值或其基类子对象（如果需要，先进行临时量实质化） (C++17 起)。 
struct A {};
struct B : A {};
extern B f();
const A& rca2 = f(); // 到 B 右值的 A 子对象。
A&& rra = f();       // 同上
 
int i2 = 42;
int&& rri = static_cast<int&&>(i2); // 直接绑定到 i2
  • 否则，如果 目标 的类型与 T 不相同且不从它派生，且 目标 拥有到类型为 T 或派生于 T 并有相等或更少的 cv 限定的右值或函数左值的转换函数，那么绑定引用到转换函数的结果或到其基类子对象（如果需要，先进行临时量实质化） (C++17 起)。 
struct A {};
struct B : A {};
struct X { operator B(); } x;
const A& r = x; // 绑定到转换结果的 A 子对象
B&& rrb = x;    // 直接绑定到转换的结果
  • 否则，将 目标 隐式转换为 T。绑定引用到转换（在实质化临时量后，即使 T 是标量类型也保持其 cv 限定） (C++17 起)的结果。如果 目标（或如果由用户定义转换函数进行转换，则为转换函数的结果）类型为 T 或派生于 T，那么它必须拥有等于或少于 T 的 cv 限定，且如果引用为右值引用，那么它必须不是左值 (C++11 起)。 
const std::string& rs = "abc"; // rs 指代从字符数组复制初始化的临时量
const double& rcd2 = 2;        // rcd2 指代值为 2.0 的临时量
int i3 = 2;
double&& rrd3 = i3;            // rrd3 指代值为 2.0 的临时量

临时量生存期

一旦引用被绑定到临时对象或其子对象，临时对象的生存期就被延续以匹配引用的生存期（检查临时对象生存期的例外），其中临时对象或其子对象由下列表达式之一代表：

(C++17 前)
(C++17 起)
  • 有括号表达式 (e)，其中 e 是这些表达式之一、
  • 形式为 a[n] 或 n[a] 的内建的下标表达式，其中 a 是数组且为这些表达式之一、
  • 形式为 e.m 的成员访问表达式，其中 e 是这些表达式之一而 m 指代对象类型的非静态数据成员、
  • 形式为 e.*mp 的成员指针操作，其中 e 是这些表达式之一而 mp 是指向数据成员的指针、
  • 无用户定义转换的 const_cast、 static_cast、 dynamic_cast 或 reinterpret_cast 转换，它将这些表达式之一转换成指代操作数所指代的对象，其完整对象，或完整对象的子对象的泛左值（显式转型表达式被转译成这些基础转型的序列）、
  • 形式为 cond ? e1 : e2 并为泛左值的条件表达式，其中 e1 或 e2 为这些表达式之一，或
  • 形式为 x, e 并为泛左值的内建的逗号表达式，其中 e 是这些表达式之一。

此生存期规则有下列例外：

  • return 语句中绑定到函数返回值的临时量不被延续：它在返回表达式的末尾立即销毁。这种 return 语句始终返回悬垂引用。
  • 在函数调用中绑定到函数形参的临时量，存在到含这次函数调用的全表达式结尾为止：如果函数返回一个生命长于全表达式的引用，那么它将成为悬垂引用。
  • 绑定到 new 表达式中所用的初始化器中的引用的临时量，存在到含有该 new 表达式的全表达式结尾为止，而非被初始化对象的存在期间。如果被初始化对象的声明长于全表达式，那么它的引用成员将成为悬垂引用。
(C++11 起)
  • 绑定到用直接初始化语法（圆括号），而非列表初始化语法（花括号）初始化的聚合体的引用元素中的引用的临时量，存在直至含该初始化器的全表达式末尾为止。 
struct A {
  int&& r;
};
A a1{7}; // OK：延续生存期
A a2(7); // 良构，但有悬垂引用
 (C++20 起)

总而言之，临时量的生存期不能以进一步“传递”来延续：从绑定了该临时量的引用或数据成员初始化的第二引用不影响临时量的生存期。

注解

仅在函数形参声明，函数返回类型声明，类成员声明，以及带 extern 说明符时，引用可以不与初始化器一同出现。

在 CWG 问题 1696 的解决方案前，容许在构造函数初始化器列表中绑定临时量到引用成员，而临时量只持续到构造函数退出前，而非对象存在期间。这种初始化从 CWG 1696 开始非良构，不过许多编译器仍然支持它（值得注意的例外是 clang）。

示例

运行此代码
#include <utility>
#include <sstream>
struct S {
    int mi;
    const std::pair<int,int>& mp; // 引用成员
};
 
void foo(int) {}
 
struct A {};
struct B : A {
    int n;
    operator int&() { return n; };
};
 
B bar() { return B(); }
 
//int& bad_r;      // 错误：没有初始化器
extern int& ext_r; // OK
 
int main() {
//  左值
    int n = 1;
    int& r1 = n;                    // 到对象 n 的左值引用
    const int& cr(n);               // 引用可以有更多 cv 限定
    volatile int& cv{n};            // 可使用任何初始化器语法
    int& r2 = r1;                   // 另一到对象 n 的左值引用
//  int& bad = cr;                  // 错误：更少 cv 限定
    int& r3 = const_cast<int&>(cr); // 需要 const_cast
 
    void (&rf)(int) = foo;  // 到函数的左值引用
    int ar[3];
    int (&ra)[3] = ar;      // 到数组的左值引用
 
    B b;
    A& base_ref = b;        // 到基类子对象的左值引用
    int& converted_ref = b; // 到转换结果的左值引用
 
//  右值
//  int& bad = 1;        // 错误：不能绑定左值引用到右值
    const int& cref = 1; // 绑定到右值
    int&& rref = 1;      // 绑定到右值
 
    const A& cref2 = bar(); // 到 B 临时量的 A 子对象的引用
    A&& rref2 = bar();      // 相同
 
    int&& xref = static_cast<int&&>(n); // 直接绑定到 n
//  int&& copy_ref = n;                 // 错误：不能绑定到左值
    double&& copy_ref = n;              // 绑定到值为 1.0 的右值临时量
 
// 临时量生存期上的限制
    std::ostream& buf_ref = std::ostringstream() << 'a'; // ostringstream 临时量
                      // 被绑定到 operator<< 的左运算数，但是它的生存期在分号结束，
                      // 所以 buf_ref 是悬垂引用。
 
    S a { 1, {2, 3} };         // 绑定临时量 pair {2,3} 到引用成员 a.mp 并延长其生存期以匹配 a
    S* p = new S{ 1, {2, 3} }; // 绑定临时量 pair {2,3} 到引用成员 p->mp ，
                               // 但是它的生存期在分号结束
                               // p->mp 是悬垂引用
    delete p;
}

缺陷报告

下列更改行为的缺陷报告追溯地应用于以前出版的 C++ 标准。

DR 应用于 出版时的行为 正确行为
CWG 1299 C++98 临时量的定义不明确 使之明确

参阅

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