＜引用＞《C++初阶》

目录

6. 引用

6.1 引用概念

6.2 引用特性

6.3 常引用

6.4 使用场景

6.5 传值、传引用效率比较

6.5.2 值和引用的作为返回值类型的性能比较

6.6 引用和指针的区别

引用和指针的不同点:

后记：●由于作者水平有限，文章难免存在谬误之处，敬请读者斧正，俚语成篇，恳望指教！                                                                                    ——By 作者：新晓·故知

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6. 引用

6.1 引用概念

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。

类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体；

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

注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的

 举例：

6.2 引用特性

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

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); 
}

6.3 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; 
}

int main()
{
	int a = 10;
	int& b = a;
 
	//取别名的原则：对原引用变量，权限（读写）等级只能缩小、同级，但不能放大
	const int x = 20;
	const int& y = x;    //权限等级不变
	//int& y = x;        //权限等级放大—>报错
 
	int c = 30;
	const int& d = c;   //权限等级缩小
 
 
	return 0;
}

6.4 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;
}

一般不会使用static，因为涉及到线程、锁等问题，这里不深究，只举例所用！（以下图示代码应该删去static！）

 

总结：

1.传值返回会有一个拷贝 

2.传引用返回没有拷贝，而是函数返回的直接就是返回变量的别名。

3.传引用返回的意义就是减少了拷贝。

（以上代码其实是不对的，因为函数栈帧销毁后，空间释放，但编译器若没有清理栈帧，再次访问虽然能获得数据，但其实是非法的，再次进行访问就会得到随机值！

如图：）

 

int Count()
{
	static int n = 0;
		n++;
	// ...
	return n;
}
int main()
{
	cout << Count() << endl;
	cout << Count() << endl;
	cout << Count() << endl;
}
//打印结果是123
//静态全局变量只会初始化一次，局部的静态全局变量作用域只在Count里面访问n
//但生命周期是全局的。通过调试观察n的地址

 

 

 

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;
 return 0;
}

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。

6.5 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。

//传值、传引用效率比较
#include <time.h>
struct A 
{ 
	int a[10000]; 
};
//1.以值作为函数参数
void TestFunc1(A x) {}
//2.以引用作为函数参数
void TestFunc2(A& x) {}
//3.以指针作为函数参数
void TestFunc3(A* x) {}
void TestRefAndValue()
{
	A a;
	//1.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();
 
	//2.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();
 
	//3.以指针作为函数参数
	size_t begin3 = clock();
	for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)
		TestFunc3(&a);
	size_t end3 = clock();
 
	// 分别计算三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;
	cout << "TestFunc3(A*)-time:" << end3 - begin3 << endl;
 
}
 
int main()
{
	TestRefAndValue();
	return 0;
}

6.5.2 值和引用的作为返回值类型的性能比较

//值和引用的作为返回值类型的性能比较
#include <time.h>
struct A 
{ 
	int a[10000]; 
};
A a;
//1.值返回
A TestFunc1() 
{ 
	return a;
}
//2.引用返回
A& TestFunc2() 
{ 
	return a;
}
void TestReturnByRefOrValue()
{
	//1.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();
 
	//2.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，发现传值和指针在作为传参以及返回值类型上效率相差很大。

6.6 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。

int main()
{
 int a = 10;
 int& ra = a;
 
 cout<<"&a = "<<&a<<endl;
 cout<<"&ra = "<<&ra<<endl;
 return 0;
}

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;
}

int main()
{
	int a = 10;
	//语法角度而言：ra是a的别名，没有额外开辟空间
	//底层角度而言：两者是一样的实现方式，转换成一样的汇编代码
	int& ra = a;
	ra = 20;
	//语法角度而言：pa是储存a的地址，pa额外开辟了空间
	//底层角度而言：两者是一样的实现方式，转换成一样的汇编代码
	int* pa = &a;
	*pa = 20;
 
	return 0;
}

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 

后记：
●由于作者水平有限，文章难免存在谬误之处，敬请读者斧正，俚语成篇，恳望指教！
                                                                                    ——By 作者：新晓·故知