Learning Objectives
- 說明參考是變數的別名：宣告時必須綁定，之後不能改綁到別的變數
- 用傳參考讓函式修改呼叫端的變數，或一次帶回好幾個結果
- 用 const 參考傳遞字串、vector 等較大的物件，避免複製又防止修改
- 在 range-for 裡分辨 auto、auto& 與 const auto& 的差別
- 說明回傳參考的條件，辨認懸空參考，並比較參考與指標
幫變數取第二個名字
第 6 課提到，C++ 預設是傳值呼叫：函式拿到的是複本，改不到呼叫端的變數；
第 8 課〈指標〉用「傳位址」解決了這個問題，但每次都要寫 &x、*p，還得擔心空指標。
參考（reference）是 C++ 提供的另一種做法：它是一個已經存在的變數的別名（alias），兩個名字指的是同一塊記憶體。
int score = 80;
int& alias = score; // int& 讀作「int 的參考」；alias 就是 score
alias = 90; // score 也變成 90
注意 & 的位置：寫在型別後面（int&）是宣告參考；寫在變數前面（&score）是取位址，兩者意思不同。
參考的三條規則：
- 宣告時一定要綁定一個變數：
int& r;是編譯錯誤 - 綁定之後不能改綁：之後對參考做的任何指定，都是在改它綁定的那個變數
- 一般的參考（非 const）不能綁到字面常數或運算結果：
int& r = 5;是編譯錯誤
動畫裡的參考不會顯示自己的值，而是一個指向原變數的標記，表示「這個名字就是那個變數」。
參考是別名，不能改綁
第 8、9 行印出的兩個位址完全相同，表示 alias 沒有自己的記憶體，它就是 score。第 13 行 alias = other; 看起來像是讓 alias 改綁到 other，其實是把 60 寫進 score；之後改 other，alias 不受影響。
傳參考
參數宣告成參考，呼叫時參數就直接綁定到引數，函式裡改參數就是改呼叫端的變數，稱為傳參考（pass by reference）：
void swapByRef(int& a, int& b) { int t = a; a = b; b = t; }
swapByRef(x, y); // 呼叫時照常寫變數名稱，不用寫 &
和第 8 課的指標版本 swapByPointer(&x, &y) 比較：參考版本的函式裡不用寫 *，呼叫時不用寫 &，而且參考不會是空的，不必檢查 nullptr。
傳參考的兩個常見用途：
- 讓函式修改引數，例如交換、排序、把分數加分
- 一次帶回好幾個結果：
return只能回傳一個值，需要兩個以上的結果時，可以用參考參數帶回來（例如同時算出最小值與最大值）
傳參考時，引數必須是變數，swapByRef(3, 8) 是編譯錯誤，因為字面常數沒有可以修改的記憶體。
傳值與傳參考的交換
比較兩次呼叫時右邊的框架：swapByValue 的 a、b 是有自己數值的複本；swapByRef 的 a、b 則標示著指回 main 的 x、y。執行第 13、14 行時，留意 main 框架裡的 x、y 跟著改變。
想一想：別名與傳參考
下面的程式會印出什麼？
int a = 1, b = 2;
int& r = a;
r = b;
b = 9;
cout << a << r;
下面的程式會印出什麼？
void twice(int& n) {
n = n * 2;
}
int main() {
int x = 3;
twice(x);
twice(x);
cout << x;
}
下面的程式會印出什麼？
int main() {
int& r = 5;
cout << r;
}
const 參考：不複製也不修改
傳值呼叫會複製引數。int 只有 4 個位元組，複製很便宜；但 string、vector 可能有成千上萬個元素，每次呼叫都複製一份很浪費。
如果函式只需要讀，參數寫成 const 參考：
int countChar(const string& text, char target);
double average(const vector<int>& v);
- 參考：不複製，直接使用呼叫端的物件
const：函式裡不能修改它，改了就是編譯錯誤，呼叫的人可以放心- const 參考可以綁到字面常數與暫時值，所以
countChar("hello", 'l')也能呼叫（字串字面常數會先轉成一個暫時的string）
選擇參數寫法的經驗法則：
| 參數 | 寫法 |
|---|---|
int、double、char、bool 這類小型別，只讀 |
傳值：int n |
string、vector 這類較大的物件，只讀 |
const 參考：const string& s |
| 函式要修改呼叫端的變數 | 參考：int& n、vector<int>& v |
const 參考參數
第一次呼叫 countChar 時，右邊的 text 指回 main 的 fruit，沒有另外複製一份字串。第二次傳的是字面常數 "hello"，text 綁定的是一個暫時的 string。第 14 行如果拿掉註解，就會是編譯錯誤。
range-for 裡的參考
C++11 加入的 range-for（for (元素 : 容器)）可以走訪陣列、string、vector 的每一個元素。迴圈變數的寫法決定它是不是參考：
| 寫法 | 迴圈變數是 | 用途 |
|---|---|---|
for (int x : v) |
元素的複本 | 只讀小型別；改 x 不影響 v |
for (int& x : v) 或 for (auto& x : v) |
元素本身（別名） | 要修改容器裡的元素 |
for (const auto& x : v) |
元素本身，但唯讀 | 只讀較大的元素（例如 string），不複製 |
auto 讓編譯器依容器自動推導元素型別，auto& 就是「那個型別的參考」。
複本、別名與唯讀
第一個迴圈的 p 是有自己數值的複本，乘以 2 之後 prices 沒變；第二個迴圈的 p 標示著指向 prices[0]、prices[1]……，改它就是改 vector 裡的元素。
回傳參考與懸空參考
函式也可以回傳參考，呼叫的結果就是某個物件本身，可以直接放在 = 的左邊修改它：
int& largest(vector<int>& v); // 回傳最大的元素本身
largest(v) = 0; // 把最大的元素改成 0
條件是：回傳的物件在函式結束之後仍然存在，例如透過參考參數傳進來的物件、或它的元素。
絕對不要回傳區域變數的參考：函式結束時區域變數就消失了，呼叫端拿到的參考綁定的是已經不存在的東西，稱為懸空參考（dangling reference）， 和第 8 課的懸空指標是同一種錯誤。g++ 預設就會對這種寫法提出警告，不要忽略它。
回傳參考：可以與不可以
largest 回傳的是 v[1] 本身，所以第 23 行把 0 寫進了 vector。badRef 返回時框架消失，local 也跟著消失，動畫會在第 25 行停下來說明懸空參考。
參考與指標的比較
參考在多數編譯器裡是用位址實作的，但在語言層面，它和指標的用法很不一樣：
參考 int& r = x; |
指標 int* p = &x; |
|
|---|---|---|
| 宣告時 | 一定要綁定 | 可以不初始化（但不建議），也可以是 nullptr |
| 能不能是空的 | 不能 | 可以是 nullptr，使用前要檢查 |
| 能不能改指向 | 不能改綁 | 可以：p = &y; |
| 存取值 | 直接寫 r |
要寫 *p |
| 取位址 | &r 就是 &x |
p 本身有自己的位址 &p |
| 指標運算 | 沒有 | 有：p + 1、p++ |
選擇的原則：能用參考就用參考（函式參數、range-for）；需要表達「可能沒有」（nullptr）、需要改指向別的物件、或要做指標運算時，才用指標。
想一想：const 參考、range-for 與指標的比較
下面的程式會印出什麼？
vector<int> v = {1, 2, 3};
for (int x : v) {
x += 10;
}
for (int& y : v) {
y += 1;
}
cout << v[0] + v[2];
下面的程式會印出什麼？
void show(const string& s) {
s += "!";
cout << s;
}
int main() {
string name = "Amy";
show(name);
}
關於參考與指標，下列敘述何者錯誤？
vector<string> names 有很多很長的名字，只要把它們一個一個印出來，迴圈變數最適合哪一種寫法？
動手寫：調分與計算及格人數
完成兩個函式：curve 用 range-for 搭配參考，把每個分數加上 bonus，超過 100 的改成 100；countPassed 只讀不改，回傳 60 分以上的人數。注意兩個函式的參數寫法不同。main 已經寫好。
重點回顧
- 參考是變數的別名：
int& r = x;之後r就是x，兩者位址相同 - 參考宣告時一定要綁定，之後不能改綁；
r = y;是指定值，不是改綁 - 傳參考讓函式修改呼叫端的變數，也能用來帶回多個結果；呼叫時不用寫
& - 只讀的較大物件（
string、vector）用const參考傳遞：不複製、也不能改；const 參考可以綁定字面常數 - range-for：
int x是複本，auto& x可以修改元素，const auto& x只讀不複製 - 只能回傳「函式結束後仍然存在」的物件的參考；回傳區域變數的參考會產生懸空參考
- 能用參考就用參考；需要
nullptr、改指向或指標運算時才用指標