[C++]C++入门--引用

​

🥁作者： 华丞臧 📕​​​​专栏：【C++】 博主Gitee 各位读者老爷如果觉得博主写的不错，请诸位多多支持(点赞+收藏+关注)。如果有错误的地方，欢迎>在评论区指出。 推荐一款刷题网站 👉LeetCode

---

文章目录 一、引用概念二、引用特性三、常引用四、使用场景4.1 做参数4.2 做返回值 五、引用和指针的区别

---

一、引用概念

引用不是新定义一个变量，而是给已经存在的变量取了一个别名，编译器不会为引用变量开辟内存空间，它们引用的变量共用同一块空间。

//类型& 引用变量名 = 引用实体; 如下： int a = 10; int& ra = a; //定义引用类型，必须初始化 二、引用特性 引用在定义时必须初始化；一个变量可以有多个引用；引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体。 void TestRef() { int a = 10; // int& ra; // 该条语句编译时会出错 int& ra = a; int& rra = a; printf("%p %p %p\n", &a, &ra, &rra); }

可以看到a,ra,rra三个变量地址一致，从这里可以看出引用其实就是变量实体的别名，与实体共用同一块空间。

三、常引用 void TestConstRef() { const int a = 10; //int& ra = a; // 该语句编译时会出错，a为常量 const int& ra = a; // int& b = 10; // 该语句编译时会出错，b为常量 const int& b = 10; double d = 12.34; //int& rd = d; // 该语句编译时会出错，类型不同; const int& rd = d; }

指针和引用赋值中，变量的权限可以缩小，但不可以放大。

类型转换、整型提升、截断这些的过程中都会产生一个临时变量，语法规定临时变量具有常性即不能修改。

四、使用场景 4.1 做参数

在C语言当中，调用一个函数传参分为两种：一是传值二是传地址，在这两种方式中只有传地址才能通过函数中的形参改变实参；而现在C++当中使用引用做形参同样能达到相同的效果。

//这是一个例子 void Swap(int& left, int& right) { int temp = left; left = right; right = temp; }

引用做参数的优点：

减少拷贝，提高效率；输出型参数，函数中修改形参实参也修改了。

关于函数重载：

int Add(int& a, int& b) { int c = a + b; return c; } int Add(int a, int b) { int c = a + b; return c; }

上述函数构不构成重载看编译器的识别或者名字修饰规则，但是不能这么写程序会出错，因为调用时存在二义性，编译器识别不出。 传值、传引用效率比较：

#include<iostream> #include <time.h> using namespace std; 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 < 100000; ++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 < 100000; ++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; }

可以看到，数据量很大的时候引用做参数的效率更快。

4.2 做返回值

传值返回：

我们知道在函数调用时，编译器会为函数在内存中开辟一个函数栈帧；在函数调用返回时函数栈帧销毁之前，返回值会先传给一个临时变量(小则存放在寄存器中，大则在主函数栈帧开辟的空间)返回。

引用返回：

引用是什么？引用是一个变量的别名，和引用的实体是共用一块空间的；那么在函数栈帧销毁时，函数返回的是实体变量在这个过程中就不会再产生一个临时变量。 注意：函数栈帧销毁，该函数中的局部变量也销毁了，这时就不能再用引用返回了；如果这个变量是定义在函数栈帧上的，函数栈帧销毁变量也跟着销毁，出了函数作用域返回变量不存在了，不能使用引用返回，因为此时引用返回的结果是未定义的；出了函数作用域，返回变量存在，才能使用引用返回。

int& Count() { static int n = 0; n++; // ... return n; } //下面代码输出什么结果？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; //cout << "Add(1, 2) is :"<< ret <<endl; //再打印一次会是什么结果？ return 0; }

打印一次： 打印两次： 说明：

打印一次的时候，add函数栈帧销毁时函数栈帧中存放c变量的空间并没有被销毁改变，此时去访问这块空间的值还是7。当第二次打印两次的时候，我们第二次非法访问同样一块空间发现值已经被改变，这是因为先取值再打印所以第一次还是7但是此时cout函数调用开辟了栈帧覆盖了那片空间，从而导致了值的改变。上述的那一段程序是错误，属于非法访问，这说明：出了函数作用域变量就不存在了是不能使用传引用返回的。

引用返回的优点：

减少拷贝，提高效率；修改返回值。

值和引用的作为返回值类型的性能比较：

#include<iostream> #include <time.h> using namespace std; struct A { int a[10000]; }; A a; // 传值返回 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，发现传值和传引用在作为传参以及返回值类型上效率相差很大。

五、引用和指针的区别

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；但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; }

上述引用和指针的汇编代码如下： 通过对比不难发现，引用的底层是使用指针实现的。

引用和指针的不同点:

引用概念上定义一个变量的别名，指针存储一个变量地址；引用在定义时必须初始化，指针没有要求；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；没有NULL引用，但有NULL指针；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)；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；有多级指针，但是没有多级引用；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；引用比指针使用起来相对更安全。