【C++基础学习笔记】C++语法之引用

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引用

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。

比如 : 李逵，在家称为"铁牛"，江湖上人称"黑旋风""。

再比如说：讲普法的罗翔老师经常谈到的张三，网友们送其外号“法外狂徒”，这也是起别名的方式。

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引用的使用方式：

类型 & 引用变量名(对象名) = 引用实体;

#include<iostream>
using namespace std;
void TestRef()
{
    
    
	int a = 10;
	int& ra = a;//定义引用类型
	cout << a << endl;
	cout << ra << endl;
}
int main()
{
    
    
	TestRef();
	return 0;
}

注意:引用类型必须和引用实体是同种类型的

& 在这个地方表示引用，而不是取地址，一个操作符有多种含义，也就是操作符的重载。
注意区分：
类型& 表示引用 （&在类型后面，比如 int& b = a;)
& 变量 表示取地址（&在变量前面，比如 int* pa = &a;)
两者没有什么必然的关系。

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引用特性

1）引用在定义时必须初始化
2）—个变量可以有多个引用
3）一旦引用—个实体，再不能引用其他实体（引用对象不能更改）

#include<iostream>
using namespace std;
void TestRef()
{
    
    
	int a = 10;
	int b = 20;
	//int& ra;//该条语句编译时会报错
	int& ra = a;//定义引用变量的时候就需要给其赋初始值
	int& rra = a;//一个变量可以有多个引用
	ra = b;//不能更改引用对象，这句实际上是将b的值赋值给ra

	cout << a << endl;
	cout << ra << endl;
	cout << rra << endl;
}
int main()
{
    
    
	TestRef();
	return 0;
}

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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;l/该语句编译时会出错，类型不同
	const int& rd = d;
}

当a时const int类型时，表示a是一个常变量，常变量具有常属性-- - 值不可改变，这时候如果用int & 来引用a，就会得到一个int类型的别名，这个别名是普通的变量，可以修改，就有可能会改变a的值，造成a常变量被修改的冲突！所以为了避免这个冲突，在引用const int 类型的a变量时，应该用 const int& b = a;

总结：引用取别名时，变量访问的权限可以缩小（如 const int -> int ），不能放大（如 const int -> int ）。
不能放大权限：不能将const类型的变量给非const类型的别名
可以权限缩小：即可以将非const类型的变量给非const类型的别名，也可以给const类型的别名。

提示：权限的缩小和放大，仅适用于引用和指针

const int a = 10;
int* p = &a;//这种不行，权限的放大
const int* pa = &a;//需要这种形式

int c = 1;
const int* pc = &c;//可以，属于权限的缩小

注意区分：

const int a = 10;
int& b = a;//这种是不行的，b是a的别名

const int x = 10;
int y = x;//这种是可以的，y和x没什么关系
//这种是不受影响的

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
    
    
	int i = 1;
	double d = i;//隐式类型转换
	double& ri = i;//可以这样取别名吗？ error
	const double& rri = i;//这样呢？ok
	return 0;
}

double d = I; 这句话是先产生了一个double的临时变量
double& ri = I; 也是一个会先产生一个double类型的临时变量，然后真正引用的是这个临时变量，而这个临时变量具有常属性，所以直接用double& 不可以，加上const又ok了。

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使用场景

1.做参数 （①输出型参数 ②提高效率）

#include<iostream>
using namespace std;
void Swap(int& left, int& right)
{
    
    
	int temp = left;
	left = right;
	right = temp;
}

int main()
{
    
    
	int a = 1;
	int b = 2;
	Swap(a, b);
	cout << a << " " << b << endl;
	return 0;
}

问：不是说引用定义的时候需要初始化吗？这里并没有初始化？
答：这个地方的引用并不是定义，什么时候才是定义呢？传参的时候才是定义，传参过来就会进行初始化操作。

当然这里也可以用指针的方式来实现：

#include<iostream>
using namespace std;
void Swap(int* pa, int* pb)
{
    
    
	int tmp = *pa;
	*pa = *pb;
	*pb = tmp;
}
int main()
{
    
    
	int a = 1;
	int b = 2;
	Swap(&a, &b);
	cout << a << " " << b << endl;
	return 0;
}

2.做返回值 （①提高效率 ②以后再讲）

int& Count()
{
    
    
	static int n = 0;
	n++;
	// ...
	return n;
}

凡是传值的方式（参数传值、传值返回），都会产生一个拷贝的临时变量。传引用的方式不会。
static 改变变量的生命周期，不会修改变量的访问权限

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下面代码输出什么结果 ? 为什么 ?

#include<iostream>
using namespace std;
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。（说明引用返回说不安全的！）

那么使用引用返回有什么好处呢？

可以少创建一个临时变量，提高程序（传递）的效率
其实还有一个作用，以后会讲（很多库函数的返回也会用引用返回）

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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。
值和引用的作为参数的性能比较

#include<iostream>
using namespace std;
#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 < 1000000; ++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 < 1000000; ++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;
}

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值和引用的作为返回值类型的性能比较

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

A TestFunc1()
{
    
    
	return a;
}
A& TestFunc2()
{
    
    
	return a;
}
void TestRefAndValue()
{
    
    
	A a;
	//以值作为函数的返回值类型
	size_t begin1 = clock();
	for (size_t i = 0; i < 1000000; ++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 < 1000000; ++i)
		TestFunc2();
	size_t end2 = clock();

	//分别计算两个函数运行结束后的时间
	cout << "TestFunc1()-time : " << end1 - begin1 << endl;
	cout << "TestFunc2()-time: " << end2 - begin2 << endl;
}
int main()
{
    
    
	TestRefAndValue();
	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。

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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。

#include<iostream>
using namespace std;
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。

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
    
    
	int a = 10;
	int& b = a;
	int* p = &a;
	return 0;
}

我们来看下引用和指针的汇编代码对比:

引用和指针都是存放地址

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NUL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