C++ 中的引用（Reference）

在 C++ 中，引用（Reference）是一种特殊的变量类型，它提供了一个已存在变量的别名。引用在很多场景下都非常有用，比如函数参数传递、返回值等。下面将详细介绍 C++ 引用的相关知识。

1. 引用的基本概念和语法

引用是已存在变量的别名，它和所引用的变量指向同一个内存地址。引用在声明时必须初始化，并且一旦初始化后，就不能再引用其他变量。

引用的声明语法如下：

类型 &引用名 = 变量名;

示例代码：

#include <iostream>

int main() {
    int num = 10;
    // 声明一个引用 ref，它是 num 的别名
    int &ref = num;

    std::cout << "num 的值: " << num << std::endl;
    std::cout << "ref 的值: " << ref << std::endl;

    // 修改引用的值，原变量的值也会改变
    ref = 20;
    std::cout << "修改 ref 后，num 的值: " << num << std::endl;

    return 0;
}

在上述代码中，ref 是 num 的引用，它们指向同一个内存地址，因此修改 ref 的值也会改变 num 的值。

2. 引用作为函数参数

引用常用于函数参数传递，通过引用传递参数可以避免复制大对象，提高效率，并且可以在函数内部修改调用者的原始数据。

示例代码：

#include <iostream>

// 函数参数为引用类型
void swap(int &a, int &b) {
    int temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

int main() {
    int x = 5, y = 10;
    std::cout << "交换前: x = " << x << ", y = " << y << std::endl;
    swap(x, y);
    std::cout << "交换后: x = " << x << ", y = " << y << std::endl;

    return 0;
}

在上述代码中，swap 函数的参数是引用类型，因此在函数内部对 a 和 b 的修改会直接影响到调用者的 x 和 y。

3. 引用作为函数返回值

引用也可以作为函数的返回值，这样函数可以返回一个对象的引用，而不是对象本身，避免了对象的复制。

示例代码：

#include <iostream>

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};

// 函数返回数组元素的引用
int& getElement(int index) {
    return arr[index];
}

int main() {
    std::cout << "修改前 arr[2] 的值: " << arr[2] << std::endl;
    // 通过引用修改数组元素的值
    getElement(2) = 10;
    std::cout << "修改后 arr[2] 的值: " << arr[2] << std::endl;

    return 0;
}

在上述代码中，getElement 函数返回数组元素的引用，因此可以直接通过函数调用修改数组元素的值。

4. 常量引用

常量引用是指向常量的引用，它可以引用常量对象或非常量对象，但不能通过常量引用修改所引用的对象。

示例代码：

#include <iostream>

// 函数参数为常量引用
void printValue(const int &value) {
    std::cout << "值: " << value << std::endl;
}

int main() {
    int num = 20;
    printValue(num);

    // 常量引用可以引用临时对象
    printValue(30);

    return 0;
}