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)
在 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 类型的函数或可以隐式转换到 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，且它的类型是 T 或从 T 派生，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它的基类子对象。 
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 拥有到类型是 T 或从 T 派生并有相等或更少的 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（或到它的基类子对象）。 
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，且它的类型是 T 或从 T 派生，并拥有相等或更少的 cv 限定，那么绑定引用到初始化器表达式的值或它的基类子对象（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 拥有到类型是 T 或从 T 派生并有相等或更少的 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它的基类子对象（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 隐式转换到 T。绑定引用到转换（在实质化临时量后，即使 T 是标量类型也保持它的 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，那么就是转换函数的结果）类型是 T 或从 T 派生，那么它必须拥有等于或少于 T 的 cv 限定，且如果引用是右值引用，那么它不能是左值 (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

临时量的生存期

一旦引用被绑定到临时对象或它的子对象，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），其中临时对象或它的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 是数组并且是这些表达式之一、
  • 形式为 e.m 的成员访问表达式，其中 e 是这些表达式之一且 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 是这些表达式之一且 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，它的完整对象，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 并且是泛左值的条件表达式，其中 e1 或 e2 是这些表达式之一，或
  • 形式为 x, e 并且是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会被延续：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，那么它会成为悬垂引用。
  • 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生命长于全表达式，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

只有在函数形参声明中，函数返回类型声明中，类成员声明中，以及带 extern 说明符时，引用不需要与初始化器一同出现。

在解决 CWG 问题 1696 前，在构造函数的成员初始化器列表中可以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，
                             // 并延长它的生存期以匹配 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。

缺陷报告 应用于 出版时的行为 正确行为
CWG 391 C++98 以类类型右值初始化到有 const 限定的类型的引用时可能会
创建临时量，并且该类需要提供构造函数以将右值复制到临时量 		不会再创建临时量，
也不再需要构造函数
CWG 450 C++98 到有 const 限定的数组的引用无法被引用兼容的数组右值初始化 允许这种初始化
CWG 656 C++98 当到有 const 限定的类型的引用以非引用兼容但拥有到某个
引用兼容类型的转换函数的类型初始化时，该引用会绑定到从
该转换函数的返回值（或它的基类子对象）创建的一个复制 		改为直接绑定到该返回值
（或它的基类子对象）
CWG 1299 C++98 临时量的定义不明确 使之明确

参阅

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