C++引用

定义

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。
比如说，你叫A，你的家人给你起小名叫B，你的兄弟姐妹叫你C,恋人叫你D。
其实这些名字都是你自己本人，只不过是不同的称呼而已。
类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体：

#include 
void TestRef()
{
	int a = 10;
	int& ra = a;//定义引用类型
	printf("%p\n", &a);
	printf("%p\n", &ra);
}
int main()
{
	TestRef();
	return 0;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

#include 
void TestRef(int& x, int& y)
{
	int a = x;
	x = y;
	y = a;
}
int main()
{
	int x = 10;
	int y = 20;
	TestRef(x, y);
	printf("%d %d", x, y);
	return 0;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

这里就不像指针那样繁琐，需要解引用。

注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的。

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

这里编译器报错说没有初始化。

#include 
void TestRef()
{
	int a = 10;
	int& ra = a;
	int& rra = ra;
	printf("%p\n", &a);
	printf("%p\n", &ra);
	printf("%p\n", &rra);

}
int main()
{
	TestRef();
	return 0;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

多个引用就等于这个变量有多个别名。

#include 
int main()
{
	int x = 10;
	int y = 20;
	int& a = x;
	printf("%d %d %d\n", x, a, y);
	printf("%p %p %p\n", &x, &a, &y);
	a = y;//这里其实就是赋值
	printf("%d %d %d\n", x, a, y);
	printf("%p %p %p\n", &x, &a, &y);
	return 0;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

我们发现地址都一样，只是值被改变了，所以引用只能引用一个实体。

常引用

#include 
int main()
{
	const int a = 10;//a是常量
	int& ra = a;//a是常量不可以被改变，这里引用等于ra可以被改变也就等于a也可以被改变，是不可以的
	int& b = 10;//同上，10是一个不可被修改的常量
	const int& c = 10;//这样c就是常量了
	int x = 10;//这里的x可以更改
	const int& y = x;//这里不更改y，但是上面可以更改x
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

权限可以缩小，但是不能放大，比如我自己的电脑可以借给你暂时使用，但是你不能卖掉它，因为这不是你的，但是我可以；如果我借给你电脑，你只是看看他的外表，甚至都没打开用过，这样更没问题了。
就像上面的const int a = 10;如果你用int& ra = a;这种方法引用就不对了，因为你没有这个权限，a是不能更改的，所以你前面要加一个const才能进行引用。
int& b = 10;10本身是一个常量不能被修改，直接引用也是不可以的。
int x = 10；就不同了，可以随意更改x，而const int& y = x;是不可以更改y，虽然y是x的别名，但是不影响x可以被更改，也就是说y其实也随之被改变了。

	int d = 10;
	double& rd = d;//不同类型的不可以
1
2

这里为什么不同类型的不可以呢？我们知道，如果一个浮点类型的数据被强制类型转换成整型就会发生截断

其实强制类型转换就是产生了一个临时变量（这里就是12），因为double强制类型转换其实double定义的数并没有改变：

所以我们知道，不同类型的无法引用是因为是临时变量的原因（临时变量具有常性），那么只要前面加上一个const就可以了。

代码这样就跑起来了。

使用场景

做参数

这个上面演示过，就是交换数

#include 
void TestRef(int& x, int& y)//这里就不是临时拷贝了，而是main函数中的a和b
{
	int a = x;
	x = y;
	y = a;
}
int main()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	TestRef(a, b);
	printf("%d %d", a, b);
	return 0;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

这里也比较节省空间，效率也更快，下面有对比。

做返回值

int& Count()//静态区的n出栈之后并没有被销毁
{
	static int n = 0;//这里n是在静态区，所以不会受到生命周期的影响
	n++;
	cout << &n << endl;//打印n的地址
	return n;
}
int main()
{
	int m = Count();//这里接收的就是静态区的n，不过m只是临时拷贝
	cout << m << endl;
	cout << &m << endl;
	m++;
	m = Count();
	cout << m << endl;
	int& k = Count();//这里接收的也是静态区的n，但是使用引用接收的，那么k就是n的别名，改变k也可以改变n
	cout << k << endl;
	cout << &k << endl;
	k++;
	k = Count();
	cout << k << endl;
	return 0;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23

m++不会改变n，k++可以改变n。
如果这段代码返回的不是int&而是int，那么也不能用int&来接收，也就无法通过外面来改变n的值了。
那么如果n没有被static修饰呢？n就不再静态区了，就到了栈里面，因为函数结束栈就会销毁，所以n的数据就不会被保护。

因为函数用完之后栈会销毁，原来的地址就可能成为下一个函数地址的空间，看，打印出来20就是被www函数中的成员覆盖了，www函数中的地址和Count函数中n的地址一模一样。

**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。

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。
这里用一段代码来证明：

#include 
#include 
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 < 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;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37

单位是毫秒。
值和引用的作为返回值类型的性能比较

#include 
#include 
using namespace std;
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;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39

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。

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。
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。
我们来看下引用和指针的汇编代码对比：

只能说是一模一样了，这就说明底层实现确实是一样的，那么它们的区别到底是什么呢？
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。
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
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. 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。