C++引用详解

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一、引用的概念

       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"。

       类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体

简单举个例子:

       注意:引用类型必须和引用实体是同种类型的


二、引用的特性

  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
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);  
}

结果如下:


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;
}

结果如下:


四、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;
}

思考: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

3.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 <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 < 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;
}

结果展示:

4.性能比较

#include <time.h>
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;
}

结果展示:

       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。


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。

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

 结果如下:

       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;
}

       我们来看下引用和指针的汇编代码对比:

总结:

       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.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


结语:关于引用的简单分享到这里就结束了,希望本篇文章的分享会对大家的学习带来些许帮助,如果大家有什么问题,欢迎大家在评论区留言,最后祝大家新的一年里学业有成,天天开心~~~ 

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