c++超细致讲解引用

引用的概念

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。

引用的表示方法

类型 & 引用变量名 ( 对象名 ) = 引用实体；

如果熟悉C语言的同学可能会发现引用符号(&)看上去就像取地址运算符(&)或者按位AND运算符(&)，其实这是一个运算符重载的例子。通过重载，同一个运算符将会有不同的含义。编译器会通过上下文来确定运算符的含义。除了这里所提到的，其实在C++中还有一些运算符重载的情况。例如：* 即表示乘法，又表示对指针的解引用操作；<<即表示插入运算符，又表示按位左移运算符等。

代码实例：

int main()
{
	//引用：取别名
	int a = 10;
	int& b = a;//定义引用类型
	int& c = b;
	return 0;
}

本段代码我们可以得知，a变量取了b，c两个别名。

我们也可以通过调试观察他们的内存：

通过调取内存我们可以发现，a,b,c所指向的是同一块内存空间。

注意： 引用类型 必须和引用 实体 是 同种类型 的

引用特性

引用有三个特性，分别是：

1. 引用在 定义时必须初始化

2. 一个变量可以有多个引用

3. 引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体

1.引用在定义的时候必须初始化

由于引用是对已经存在的变量进行取别名，因此使用引用时必须指定变量(初始化)。

int& d;//错误，未初始化

2.一个变量可以有多个引用

在C++语法中，一个变量有多个引用，就类似于一个人可以有多个外号。在1.1的代码实例中变量a就有2个引用，分别是b和c。

3.引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体

这个也比较好理解，因为引用一旦引用了一个已经存在的实体，就是这个实体的别名，当然不能再成为其他实体的别名。

常引用与引用权限

我们来观察下面这段代码，他能编译成功吗？

int main()
{
   //1.
	const int x = 20;
	int& y = x;      
	return 0;
}

当我们编译这段代码发现编译器报出错误警告：无法从“const int”转换为“int &”

这是因为我们在引用的时候要遵守引用的原则：

引用原则:对原变量的引用，权限不能放大。

1.3这段代码中x变量是const修饰是一个常变量，只有可读权限。而我们引用的类型是int，不仅有可读权限，还有可修改权限。这就造成了对原变量的权限放大。根据我们引用原则知道，对原变量的引用，权限是不能放大的，这就是为什么这段代码会报错的原因。

那我们再来看这一段代码，它能编译成功吗？

int main()
{
	//2.
	const int x = 20;
	const int& y = x;//不变
    //3.
	int c = 30;
	const int& d = c;//缩小
	return 0;
}

这段代码我们发现编译成功了，我们也可以轻松地分析出这里的引用是遵守引用规则的，我们发现，权限不变或者权限缩小都是符合规则的，唯一需要注意的是：权限不能放大。

引用的使用场景

做参数

void Swap(int& x, int& y)
{
	int tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}
int main()
{
	int a = 0, b = 1;
	Swap(a, b);
	return 0;
}

引用可以作函数的形参，x是a的别名，y是b的别名。这里使用引用更加方便，也更好理解。

那既然以值作为函数参数和以引用作为函数参数都能解决这个问题，那为什么还要使用引用来做参数呢？这是因为引用的效率更高，我们可以通过下面这段测试代码更加直观看出效率的差别：

#include <time.h>
struct A { int a[10000]; };
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;
}

我们发现使用引用作为函数参数效率大大提高。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。

引用做参数的意义：

1.输出型参数。

2.减少拷贝，提高效率。

做返回值

首先我们来观察这段代码的返回值是什么?

int Count()
{
	static int n = 0;
	n++;
	return n;
}
int main()
{
	cout << Count() << endl;
	cout << Count() << endl;
	cout << Count() << endl;
	return 0;
}

这里的结果是：

1 2 3

因为n是局部静态的成员变量，只会初始化一次，虽然作用域在Count函数内部，但是生命周期是全局，我们可以通过调试观看他是否再执行函数的第一句？

传值的底层过程

传值返回这个过程当中会产生一个临时变量，跟传参一样，如果小会用寄存器替代。传值返回的类型其实是临时变量的类型，将n拷贝给临时变量，再将临时变量拷贝给ret。那么为什么要设计临时变量呢？直接把n给ret不好吗？

这是因为在当临时变量出了函数作用域之后会销毁，函数栈桢也会销毁，那么此时n是不能作为返回值再赋值给ret的。那么编译器就在此生成了一个临时变量，把n拷给临时变量，再把临时变量给ret。此时，函数栈桢销毁是不会影响临时变量的。

那我们怎么可以证明这个过程产生了临时变量，我们可以给ret前加个引用。

此时我们发现，编译器是过不了的，这是因为此时ret是引用的临时变量，而临时变量具有常性，这里属于权限的放大，因此我们只需要加上const即可。我们也通过这个例子证明了临时变量的存在。

那现在我们给Count函数加个引用是什么意思？我们来看这段代码。

int& Count()
{
	int n = 0;
	n++; 
	return n;
}
//中间产生了一个临时变量
int main()
{
	int ret = Count(); 
	return 0;
}

这里可以这么认为，中间也会产生一个临时变量，这个临时变量的类型为int&，此时这个临时变量是n的别名，再把临时变量赋给ret。返回的是一个n的别名，就相当于是吧n返回给了ret。

此时我们再观察这段代码我们发现编译器可以通过了，这里ret相当于是n的别名。

我们可以打印n和ret的地址看看：

这里ret和n的地址相同，也能证明ret是n的别名。因此，引用作为返回值其实返回的就是n的别名。

引用导致野指针

这段代码合法吗？

其实这段代码是不合法的，因为出了函数的作用域，Count函数已经销毁了，我们再对此空间进行访问，就会造成非法访问，这里就是引用搞出来的野指针。

我们来验证一下：

//传引用返回的是n的别名
int& Count()
{
	int n = 0;
	n++; 
	//cout << "n:"<< & n << endl;
	return n;
}
//中间产生了一个临时变量
int main()
{
	int& ret = Count(); //ret是别名的别名  也就是n的别名
	cout << ret << endl;
	cout << "ret"<< & ret << endl;
	cout << ret << endl;
	return 0;
}

通过打印我们能够发现：第二个ret打印的是随机值。

因此此处需要注意 ：

如果函数返回时，出了函数作用域，如果返回对象还未还给系统，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。

我们来做一个实例巩固一下：

下面这段代码的结果是什么？为什么？

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

结果：7，这里是因为在第一次调用Add时，ret为3，Add函数的栈桢销毁，在第二次调用时，Add函数的栈桢是相同的，c的位置为覆盖为7，再次访问ret此时就为7，因此这里使用是不安全的。以下打印就可以更加清晰了解这个过程。

值和引用作为返回值类型的性能比较

#include <time.h>
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;
}

通过打印我们发现引用作为返回值类型大大提高了效率。

原因：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。

引用和指针的区别

引用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。 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。

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

我们来看引用和指针的汇编代码对比：

因此引用的底层实现上是按照指针的方式来实现的。

引用和指针的不同点:

1. 引用在定义时必须初始化，指针没有要求

2. 引用在初始化时引用一个实体后，就不能再引用其他实体，而指针可以在任何时候指向任何一个同类型实体

3. 没有NULL引用，但有NULL指针

4. 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)

5. 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

6. 有多级指针，但是没有多级引用

7. 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

8. 引用比指针使用起来相对更安全

到此这篇关于c++超细致讲解引用的文章就介绍到这了,更多相关 c++ 引用内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！