C++引用详解

爱被打了一巴掌 2023-09-28 11:16 11阅读 0赞

### C++引用详解 ###

*  1. 引用的概念
 *  2. 引用的特性
 *  3. 常引用
 *  4. 引用的使用场景
 *  5. 传值、传引用效率比较
 *  6. 引用和指针的区别

# 1. 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。  
类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体；  
例如：

void TestRef()
    {
        
    	int a = 10;
    	int& ra = a;//<====定义引用类型
    	printf("%p\n", &a);
    	printf("%p\n", &ra);
    }

注意：**引用类型必须和引用实体是同种类型的**

# 2. 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  
    例如：

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);
    }

# 3. 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;
    }

# 4. 引用的使用场景 #

1.  做参数

void Swap(int& left, int& right)
    {
        
    	int temp = left;
    	left = right;
    	right = temp;
    }

1.  做返回值

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

例如下面代码输出什么结果？

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;
    }

结果为7，因为函数返回时，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。

# 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。  
测试代码如下：

#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;
    }
    int main()
    {
        
    	TestRefAndValue();
    	return 0;
    }

结果：  
![f9386eff64b140f688709933bfd01dbb.png][]  
显然传引用的效率比传值的效率高。

# 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;
    }

![8bd2460046a2497787833c2afc6d6a07.png][]  
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：  
![d0a1b75b68ae428497c1cd9336171670.png][]  
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**

[f9386eff64b140f688709933bfd01dbb.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/f9386eff64b140f688709933bfd01dbb.png
[8bd2460046a2497787833c2afc6d6a07.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/8bd2460046a2497787833c2afc6d6a07.png
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