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[C++知识库]【C++】引用

1.引用

1.1 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 = 10;
	int& b = a;//给变量a去了一个别名,叫b
	cout << "a = " << a << endl;//a打印结果为10
	cout << "b = " << b << endl;//b打印结果也是10
	b = 20;//改变b也就是改变了a
	cout << "a = " << a << endl;//a打印结果为20
	cout << "b = " << b << endl;//b打印结果也是为20
	return 0;
}

注意:引用类型必须和引用实体是同种类型的

1.2 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

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);
}

1.3 常引用

????????上面提到,引用类型必须和引用实体是同种类型的。但是仅仅是同种类型,还不能保证能够引用成功,我们若用一个普通引用类型去引用其对应的类型,但该类型被const所修饰,那么引用将不会成功。

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;
}

?????????我们可以将被const修饰了的类型理解为安全的类型,因为其不能被修改。我们若将一个安全的类型交给一个不安全的类型(可被修改),那么将不会成功。

1.4 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;
}

?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。

1.5 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 <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;
}
  • ?值和引用的作为返回值类型的性能比较

#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;
}

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。

1.6 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;
}

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:

?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NULL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

?

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