【C++】引用详解

目录

概念

引用特性

常引用

 使用场景

传值、传引用效率比较

引用和指针的区别

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概念

引用不是新定义一个变量，而是给已存在变量取了一个别名，编译器不会为引用变量开辟内存空
间，它和它引用的变量共用同一块内存空间。

比如：宋江，外号“及时雨”。

类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体；

int main()
{
    int a = 10;
    int& ra = a;//<====定义引用类型
    printf("%p\n", &a);
    printf("%p\n", &ra);
    return 0;
}

 

注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的

引用特性

1. 引用在定义时必须初始化

   //引用必须初始化 
   int& b;/*错误(活动)	E0252	引用 变量 "b" 需要初始值设定项	*/

2. 一个变量可以有多个引用

   int main()
   {
       int a = 10;
       int& ra = a;//<====定义引用类型
       int& rra = a;//一个变量允许有多个引用
       printf("%p\n", &a);
       printf("%p\n", &ra);
       return 0;
   }
   

3. 引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体

    int a = 10;
       int& ra = a;
       int b = 10;
       //引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体
       ra = b;//这是赋值
       &ra = b;//左边是取地址，是错误的

常引用

在C++中，常引用是指在声明引用时使用const关键字来限制被引用变量的值不能被修改。常引用可以用来传递参数给函数，防止函数修改传入的参数值。

    int a = 10;
    const int& ra = a;//常引用
    ra++;//这是不被允许的  E0137：	表达式必须是可修改的左值	

可以理解引用是对权限的放大，通过引用可以修改对象

而const是对权限的缩小，使得引用不能修改原来的对象；

const引用的右值也可以是常数，另外临时对象也具有常性（类似于常数），也可以做右值

由于有上面的性质，所以下面的函数参数的写法也是允许的。

 注意：发生强制类型转换时，也会产生临时变量。

 

 使用场景

1. 做参数

   void Swap(int& left, int& right)
   {
       int temp = left;
       left = right;
       right = temp;
   }

2. 做返回值

   int& Count()
   {
       static int n = 0;
       n++;
       // ...
       return n;//不能返回局部变量的引用
   }

   观察下面这段代码，最终ret的结果并不是3，而是7

   int& Add(int a, int b)
   {
       static int c = a + b;
       return c;
   }
   int main()
   {
       int& ret = Add(1, 2);
       Add(3, 4);
       cout << "Add(1, 2) is :" << ret << endl;//7
       return 0;
   }

   原因：

 注意：如果函数返回时，出了函数作用域，如果返回对象还在(还没还给系统)，则可以使用
引用返回，如果已经还给系统了，则必须使用传值返回。全局变量/静态变量/堆上变量等就可以用引用返回。

传值、传引用效率比较

以值作为参数或者返回值类型，在传参和返回期间，函数不会直接传递实参或者将变量本身直
接返回，而是传递实参或者返回变量的一份临时的拷贝，因此用值作为参数或者返回值类型，效
率是非常低下的，尤其是当参数或者返回值类型非常大时，效率就更低。

而引用是相当于取别名的一种方式，不需要拷贝。

下面是以值作为参数和以引用作为参数的效率比较

#include 
struct A 
{ 
    int a[100000]; 
};
void TestFunc1(A a) {}
void TestFunc2(A& a) {}
void TestRefAndValue()
{
    A a;
    // 以值作为函数参数
    size_t begin1 = clock();
    for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)
        TestFunc1(a);
    size_t end1 = clock();
    // 以引用作为函数参数
    size_t begin2 = clock();
    for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)
        TestFunc2(a);
    size_t end2 = clock();
    // 分别计算两个函数运行结束后的时间
    cout << "TestFunc1(A)-time:" << end1 - begin1 << endl;
    cout << "TestFunc2(A&)-time:" << end2 - begin2 << endl;
}
int main()
{
    TestRefAndValue();
    return 0;
}

 值和引用的作为返回值类型的性能比较

#include 
struct A { int a[10000]; };
A a;
// 值返回
A TestFunc1() { return a; }
// 引用返回
A& TestFunc2() { return a; }
void TestReturnByRefOrValue()
{
    // 以值作为函数的返回值类型
    size_t begin1 = clock();
    for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)
        TestFunc1();
    size_t end1 = clock();
    // 以引用作为函数的返回值类型
    size_t begin2 = clock();
    for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)
        TestFunc2();
    size_t end2 = clock();
    // 计算两个函数运算完成之后的时间
    cout << "TestFunc1 time:" << end1 - begin1 << endl;
    cout << "TestFunc2 time:" << end2 - begin2 << endl;
}int main()
{
    TestReturnByRefOrValue();
    return 0;
}

 通过上述代码的比较，发现传值和引用在作为传参以及返回值类型上效率相差很大，引用的效率较高。

引用和指针的区别

引用的语法概念上：

在语法概念上引用就是一个别名，没有独立空间，和其引用实体共用同一块空间。

引用的底层实现上：

在底层实现上实际是有空间的，因为引用是按照指针方式来实现的。

（引用的语法含义和底层实现是背离的，类似于鱼香肉丝）

int main()
{
    int a = 10;
    int& ra = a;
    ra = 20;
    int* pa = &a;
    *pa = 20;
    return 0;
}

看看这段代码的汇编代码，对比引用和指针的汇编代码：

 引用和指针的不同点:

1. 引用概念上定义一个变量的别名（语法上不开空间），指针（开空间）存储一个变量地址。
2. 引用在定义时必须初始化，指针没有要求
3. 引用在初始化时引用一个实体后，就不能再引用其他实体（不能改变指向），而指针可以在任何时候指向任何一个同类型实体（可以改变指向）
4. 没有NULL引用，但有NULL指针
5. 在sizeof中含义不同：引用结果为引用类型的大小，但指针始终是地址空间所占字节个数(32位平台下占4个字节，64位平台下占8个字节)
6. 引用自加即引用的实体增加1，指针自加即指针向后偏移一个类型的大小
7. 有多级指针，但是没有多级引用
8. 访问实体方式不同，指针需要显式解引用，引用编译器自己处理
9. 引用比指针使用起来相对更安全（没有空引用，指针有空指针，容易出现野指针，不容易出现野引用）

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