17.5 — 通过 std::reference_wrapper 实现引用数组

在上一课中，我们提到数组可以包含任何对象类型的元素。这包括基本类型（例如 int）和复合类型（例如指向 int 的指针）的对象。

#include <array>
#include <iostream>
#include <vector>

int main()
{
    int x { 1 };
    int y { 2 };

    [[maybe_unused]] std::array valarr { x, y };   // an array of int values
    [[maybe_unused]] std::vector ptrarr { &x, &y }; // a vector of int pointers
    
    return 0;
}

然而，由于引用不是对象，所以你不能创建引用数组。数组的元素也必须是可赋值的，而引用不能被重新指定目标。

#include <array>
#include <iostream>

int main()
{
    int x { 1 };
    int y { 2 };

    [[maybe_unused]] std::array<int&, 2> refarr { x, y }; // compile error: cannot define array of references

    int& ref1 { x };
    int& ref2 { y };
    [[maybe_unused]] std::array valarr { ref1, ref2 }; // ok: this is actually a std::array<int, 2>, not an array of references

    return 0;
}

在本课中，我们将在示例中使用 std::array，但这同样适用于所有数组类型。

但是，如果你想要一个引用数组，有一个变通方法。

std::reference_wrapper

std::reference_wrapper 是一个标准库类模板，位于头文件中。它接受一个类型模板参数 T，然后表现得像一个可修改的 T 的左值引用。

关于 std::reference_wrapper 有几点值得注意：

Operator= 将重新指定 std::reference_wrapper 的目标（改变它引用的对象）。
std::reference_wrapper 将隐式转换为 T&。
get() 成员函数可用于获取 T&。当我们想要更新被引用对象的值时，这非常有用。

这是一个简单的例子

#include <array>
#include <functional> // for std::reference_wrapper
#include <iostream>

int main()
{
    int x { 1 };
    int y { 2 };
    int z { 3 };

    std::array<std::reference_wrapper<int>, 3> arr { x, y, z };
    
    arr[1].get() = 5; // modify the object in array element 1

    std::cout << arr[1] << y << '\n'; // show that we modified arr[1] and y, prints 55
    
    return 0;
}

这个例子打印出以下内容

请注意，我们必须使用 arr[1].get() = 5 而不是 arr[1] = 5。后者是模糊的，因为编译器无法判断我们是打算将 std::reference_wrapper 重新指定为值 5（无论如何这都是非法的）还是更改被引用的值。使用 get() 可以消除这种歧义。

当打印 arr[1] 时，编译器会意识到它无法打印 std::reference_wrapper，所以它会将其隐式转换为 int&，而 int& 是可以打印的。所以我们在这里不需要使用 get()。

std::ref 和 std::cref

在 C++17 之前，CTAD（类模板参数推导）不存在，所以类类型的所有模板参数都需要明确列出。因此，要创建一个 std::reference_wrapper，你可以这样做：

    int x { 5 };

    std::reference_wrapper<int> ref1 { x };        // C++11
    auto ref2 { std::reference_wrapper<int>{ x }}; // C++11

冗长的名称加上必须明确列出模板参数，创建许多这样的引用包装器可能很麻烦。

为了简化操作，提供了 std::ref() 和 std::cref() 函数作为快捷方式，用于创建 std::reference_wrapper 和 const std::reference_wrapper 包装的对象。请注意，这些函数可以与 auto 一起使用，以避免不得不显式指定模板参数。

    int x { 5 };
    auto ref { std::ref(x) };   // C++11, deduces to std::reference_wrapper<int>
    auto cref { std::cref(x) }; // C++11, deduces to std::reference_wrapper<const int>

当然，现在 C++17 中有了 CTAD，我们也可以这样做

    std::reference_wrapper ref1 { x };        // C++17
    auto ref2 { std::reference_wrapper{ x }}; // C++17

但由于 std::ref() 和 std::cref() 输入更短，它们仍然被广泛用于创建 std::reference_wrapper 对象。

17.4类类型的 std::array 和花括号省略