C++中如何正确将变量以引用传入类？哪种实现更优？

背景与示例代码 #

我想了解C中将变量作为引用传入类的最佳实现方式，目前知晓三种方法（C中可能存在更多），示例代码如下：

#include <string>
#include <iostream>

class Database {
    public:
        std::string name;
};

class ConsumeDatabase1 {
    public:
        ConsumeDatabase1(Database& database) : database_{database} {
            std::cout << &database << "\n";
        }
    private:
        Database& database_;
};

class ConsumeDatabase2 {
    public:
        ConsumeDatabase2(Database* database): database_{database} {
            std::cout << database << "\n";
        }

    private:
        Database* database_;
};

class ConsumeDatabase3 {
    public:
        ConsumeDatabase3(Database& database): database_{&database} {
            std::cout << &database << "\n";
        }

    private:
        Database* database_;
};

int main() {
    Database db;
    db.name = "Test";

    ConsumeDatabase1 db1{db};
    ConsumeDatabase2 db2{&db};
    ConsumeDatabase3 db3{db};
}

问题与解答 #

1. 第一种与第二种实现的区别是否为「第一种无法轻易传入nullptr，第二种允许传入nullptr」？ #

没错。第一种用非const左值引用作为构造参数，C++语法上不允许直接将nullptr绑定到引用，必须传入一个有效对象；第二种用指针作为参数，天然支持传入nullptr，意味着这个类需要处理database_为空的情况，否则会触发未定义行为。

2. 第一种与第三种本质相似，仅内部存储的是引用而非指针？ #

是的。两者的构造参数都是非const左值引用，保证传入的是有效对象，但内部存储分别用引用和指针：

• ConsumeDatabase1直接存引用，引用一旦绑定就不能更改指向；
• ConsumeDatabase3存指针，后续可以修改指针指向其他有效Database对象。

3. 不允许传入nullptr的场景下，第一种和第三种哪种更优？各自适用什么场景？ #

优先选第一种（存储引用）的场景：

• 类的生命周期完全依赖于外部Database对象，且永远不需要切换指向：引用的语义是「必须绑定有效对象，且绑定后不可变更」，代码可读性更强，能明确告诉维护者：这个类的实例始终依赖同一个外部对象，不会中途切换。
• 想避免空指针检查：引用本身不存在空的情况，代码里不需要额外判断database_是否有效，减少冗余逻辑。

选第三种（存储指针）的场景：

• 类的实例在生命周期内需要切换指向不同的有效Database对象：引用无法重新绑定，而指针可以直接赋值为其他有效对象的地址，这种场景下必须用指针存储。
• 需要兼容某些底层API或旧代码：如果类内部需要调用的函数接受指针参数，存储指针可以避免每次都用&database_取地址，减少代码冗余。

另外要注意：无论用哪种方式，都要确保外部Database对象的生命周期长于类实例的生命周期，否则会出现悬空引用/指针，触发未定义行为。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Chris_272