【C++】C++入门（中）--引用

目录

一 引用概念

二 引用特性

三 常引用

四 引用使用场景

1 做参数

2. 做返回值

1 例一

2 例二

3 例三

4 例四

五 传值, 传引用效率比较

六  值和引用的作为返回值类型的性能比较

七 引用和指针的区别

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一 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；

int main()
{
       int a = 1;
       int b = a;
 
       int& c = a;
       int& d = a;
       int& e = c;
 
       cout << &a << endl;
       cout << &c << endl;
       cout << &d << endl;
       cout << &e << endl;
       cout << &b << endl;
 
       return 0;
}

 引用类型必须和引用实体是同种类型的

二 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

int main()
{
       int a = 0;
 
       // 引用必须初始化
       // int& b; 这是错误的
 
       int& c = a;
       int d = 1;
 
       // c变成d的别名？还是d赋值给c？--把d赋值给c
       c = d;
 
       // 一个对象可以有多个别名，可以别名继续取别名
       int& e = a;
       int& f = e;
 
       return 0;
}

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 权限不能放大
    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;
    const double& rrd = d;//权限可以缩小
 
    //int& rd = d; // 该语句编译时会出错，类型不同
    const int& rd = d;//加了了const后 可以隐形类型提升
 
    int i = 1;
    double j = i;
    const double& rj = i;
}

 四 引用使用场景

1 做参数

// 传参数
void Swap(int* left, int* right)
{
       int temp = *left;
       *left = *right;
       *right = temp;
}
 
void Swap(int& left, int& right)
{
       int temp = left;
       left = right;
       right = temp;
}
 
typedef struct SListNode
{
       struct SListNode* next;
       int val;
}SLTNode, * PSLTNode;
 
//void SListPushBack(PSLTNode& phead, int x)
void SListPushBack(SLTNode*& phead, int x)
{
       if (phead == NULL)
       {
              // ... 
              //phead = newnode;
       }
       else
       {
              // 找尾结点，再链接newnode
              // tail->next = newnode;
       }
}
 
int main()
{
       int a = 0, b = 2;
       Swap(&a, &b);
       Swap(a, b);
 
       //PSLTNode plist = NULL;
       SLTNode* plist = NULL;
       SListPushBack(plist, 1);
       SListPushBack(plist, 2);
       SListPushBack(plist, 3);
 
 
       return 0;
}

我们可以看到插入的时候我们就没有传地址了. 接收的就是她本身, 只是换取了一个名字

引用类型必须和引用实体是同种类型的

2. 做返回值

1 例一

// 出了函数作用域，返回对象就销毁了，不能用引用返回，否则结果是不确定
int& Count()
{
       int n = 0;
       n++;
 
       return n;
}
 
int main()
{
       int ret = Count();
       cout << ret << endl;
 
       cout << ret << endl;
 
       return 0;
}

 2 例二

// 出了函数作用域，返回对象就销毁了，不能用引用返回，否则结果是不确定
int& Add(int a, int b)
{
       int c = a + b;
       return c;
}
 
int main()
{
       int& ret = Add(1, 2);//这里ret本质也是c的别名
       cout << "Add(1, 2) is :" << ret << endl;
 
       Add(3, 4);
 
       cout << "Add(1, 2) is :" << ret << endl;
       return 0;
}
 

3 例三

int& Add(int a, int b)
{
       static int c = a + b;//静态变量 只接受一次初始值
       return c;
}
 
 
int main()
{
       int& ret = Add(1, 2);
       cout << "Add(1, 2) is :" << ret << endl;
 
       Add(3, 4);
 
       cout << "Add(1, 2) is :" << ret << endl;
       return 0;
}

4 例四

typedef struct SeqList
{
       int a[100];
       int size;
}SL;
 
//void SLModify(SL* ps, int pos, int x)
//{
//     //...
//     assert(ps);
//     assert(pos < ps->size);
//     ps->a[pos] = x;
//}
 
//引用做返回值：可以修改返回对象
int& SLat(SL* ps, int pos)
{
       assert(ps);
       assert(pos < ps->size);
       
       return ps->a[pos];
}
 
int main()
{
       SL s;
       //...
 
       SLat(&s, 3) = 10;
 
       // 每个位置的值++
       for (size_t i = 0; i < s.size; i++)
       {
              SLat(&s, i)++;
       }
 
       return 0;
}

这里SLat函数里的ps不是在此函数里定义的, 是在main函数定义传参过来的, 所以出了这个SLat函数, 返回值不会销毁, 所以可以引用返回.

怎样判断?

只要这个对象没有被定义在这个函数里, 即便函数执行结束了, 那么这个对象不会被销毁, 所以它的引用是存在的.

五 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。

#include 
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();
}

六  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();
}

引用返回秒杀值返回

七 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。

指针通过某个指针变量指向一个对象后，对它所指向的变量间接操作。程序中使用指针，程序的可读性差；而引用本身就是目标变量的别名，对引用的操作就是对目标变量的操作

int main()
{
       int a = 10;
 
       // b是否开空间? -- > 没有
       int& b = a;
 
       // ptr开了空间
       int* ptr = &a;
 
       char ch = 'x';
       char& r = ch;
       cout << sizeof(r) << 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。

引用表面好像是传值，其本质也是传地址，只是这个工作有编译器来做

引用和指针的不同点:

1. 引用概念上定义一个变量的别名，指针存储一个变量地址。

2. 引用在定义时必须初始化，指针没有要求 引用一旦定义时初始化指定，就不能再修改，指针可以改变指向

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，而指针可以在任何时候指向任何一个同类型实体 指针可以改变指向，引用不能

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)

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

本节讨论的主要就是引用, 引用的重要性很大, 可以说贯穿了整个C++过程, 只不过现在肯定感受不到的, 要在后面类和对象的学习中, 才能深刻感受到它的作用和魅力, 有些是指针不能替代的. 最后还是那句话, C基础不扎实的看这个会困难, 可以看我之前C语言的博客.