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- 前言
- 一、引用的概念
- 二、引用的特性
- 三、常引用
- 四、引用的使用場(chǎng)景
- 1.做參數(shù)
- 2.做返回值
- 五、性能比較
- 1.傳值、傳引用效率比較
- 2.值和引用的作為返回值類(lèi)型的性能比較
- 六、引用和指針的區(qū)別
- 七、總結(jié)
對(duì)于習(xí)慣使用C進(jìn)行開(kāi)發(fā)的朋友們，在看到c++中出現(xiàn)的&符號(hào)，可能會(huì)犯迷糊，因?yàn)樵贑語(yǔ)言中這個(gè)符號(hào)表示了取地址符，取地址符常常用來(lái)用在函數(shù)傳參中的指針賦值。引用是C++引入的新語(yǔ)言特性，是C++常用的一個(gè)重要內(nèi)容之一。在C++中它卻有著不同的用途，掌握C++的&符號(hào)，是提高代碼執(zhí)行效率和增強(qiáng)代碼質(zhì)量的一個(gè)很好的辦法。
一、引用的概念引用不是新定義一個(gè)變量，而是給已存在變量取了一個(gè)別名，編譯器不會(huì)為引用變量開(kāi)辟內(nèi)存空間，它和它引用的變量**共用同一塊內(nèi)存空間。
引用的聲明方法：類(lèi)型標(biāo)識(shí)符 &引用名=目標(biāo)變量名；
類(lèi)型& 引用變量名(對(duì)象名) =引用實(shí)體；
引用的符號(hào)和C語(yǔ)言中取地址的符號(hào)一樣為&，在某類(lèi)型名的后面加上引用符號(hào)(&)就成為了引用類(lèi)型，設(shè)計(jì)引用的目的是簡(jiǎn)化指針的使用，但是C++中引用不能完全替代指針，引用不能引用多個(gè)對(duì)象，所以C++也沒(méi)有擺脫指針，JAVA則完全擺脫了指針。在C++中，引用和指針相輔相成，引用的底層是通過(guò)指針實(shí)現(xiàn)的。
#includeusing namespace std;
int main()
{int a = 10;
int& ra = a;//<====定義引用類(lèi)型
printf("%p\n", &a);
printf("%p\n", &ra);
return 0;
} 
注意：引用類(lèi)型必須和引用實(shí)體是同種類(lèi)型的
【說(shuō)明】
? （1）&在此不是求地址運(yùn)算，而是起標(biāo)識(shí)作用。
（2）類(lèi)型標(biāo)識(shí)符是指目標(biāo)變量的類(lèi)型。
（3）聲明引用時(shí)，必須同時(shí)對(duì)其進(jìn)行初始化。
（4）引用聲明完畢后，相當(dāng)于目標(biāo)變量名有兩個(gè)名稱(chēng)，即該目標(biāo)原名稱(chēng)和引用名，且不能再把該引用名作為其他變量名的別名。ra=1; 等價(jià)于 a=1;
（5）聲明一個(gè)引用，不是新定義了一個(gè)變量，它只表示該引用名是目標(biāo)變量名的一個(gè)別名，它本身不是一種數(shù)據(jù)類(lèi)型，因此引用本身不占存儲(chǔ)單元，系統(tǒng)也不給引用分配存儲(chǔ)單元。故：對(duì)引用求地址，就是對(duì)目標(biāo)變量求地址。&ra與&a相等。
（6）不能建立數(shù)組的引用。因?yàn)閿?shù)組是一個(gè)由若干個(gè)元素所組成的集合，所以無(wú)法建立一個(gè)數(shù)組的別名。
二、引用的特性1.引用在定義時(shí)必須初始化
2.一個(gè)變量可以有多個(gè)引用
3.引用一旦引用一個(gè)實(shí)體，再不能引用其他實(shí)體
int main()
{int a = 10;
// int& ra; // 該條語(yǔ)句編譯時(shí)會(huì)出錯(cuò)
int& ra = a;
int& x = a;
int& y = a;
x++;
y++;
a++;
printf("%p %p %p\n", &a, &ra, &rra);
}
常引用聲明方式：const 類(lèi)型標(biāo)識(shí)符 &引用名=目標(biāo)變量名；
用這種方式聲明的引用，不能通過(guò)引用對(duì)目標(biāo)變量的值進(jìn)行修改,從而使引用的目標(biāo)成為const，達(dá)到了引用的安全性。和const修飾變量一樣，被const修飾的引用只能夠讀，而不能夠?qū)?，即不能修改引用變量的值?/p>
void TestConstRef()
{const int a = 10;
//int& ra = a; // 該語(yǔ)句編譯時(shí)會(huì)出錯(cuò)，a為常量
const int& rra = a;
// int& b = 10; // 該語(yǔ)句編譯時(shí)會(huì)出錯(cuò)，b為常量
const int& b = 10;
double d = 12.34;
//int& rd = d; // 該語(yǔ)句編譯時(shí)會(huì)出錯(cuò)，類(lèi)型不同
const int& rd = d;
}對(duì)于a來(lái)說(shuō)，a的權(quán)限是只讀，而ra的權(quán)限是讀寫(xiě)。所以a的權(quán)限變大大了，所以編譯會(huì)報(bào)錯(cuò)，對(duì)于rra來(lái)說(shuō)，他的權(quán)限是只讀，和a的權(quán)限一樣，屬于權(quán)限的平移，所以可行；對(duì)于int& b = 10來(lái)說(shuō)，右邊的10為常量，常量只能進(jìn)行讀操作，而左邊b的權(quán)限是可讀可寫(xiě)，所以權(quán)限放大了，編譯會(huì)報(bào)錯(cuò)；所以需要左邊的前面需要用const來(lái)修飾，對(duì)于double d = 12.34;我們用int& rd = d;因?yàn)轭?lèi)型轉(zhuǎn)換會(huì)將12.34轉(zhuǎn)換成整形的臨時(shí)變量給int& d;臨時(shí)變量具有常性，所以權(quán)限放大了，編譯會(huì)報(bào)錯(cuò)，所以需要加const進(jìn)行修飾。
【注意】
四、引用的使用場(chǎng)景 1.做參數(shù)1.權(quán)限可以縮小和平移，但不可以放大。一個(gè)只讀的變量，不能用可讀可寫(xiě)的變量做引用，這樣權(quán)限放大了。這里的權(quán)限指的是讀和寫(xiě)的權(quán)限，并且只針對(duì)于指針和引用。
2.對(duì)于上面的代碼，int& b = 10;數(shù)字10只存在于指令中，在內(nèi)存中并不會(huì)占用空間，所以我們對(duì)其進(jìn)行引用時(shí)，10會(huì)先賦給一個(gè)臨時(shí)變量，所以我們對(duì)這個(gè)臨時(shí)變量進(jìn)行引用，而臨時(shí)變量具有常性，即臨時(shí)變量是只讀的，使用我們需要用常引用這個(gè)臨時(shí)變量。
以前的C語(yǔ)言中函數(shù)參數(shù)傳遞是值傳遞，如果有大塊數(shù)據(jù)作為參數(shù)傳遞的時(shí)候，采用的方案往往是指針，因?yàn)?這樣可以避免將整塊數(shù)據(jù)全部壓棧，可以提高程序的效率。但是現(xiàn)在（C++中）又增加了一種同樣有效率的選擇（在某些特殊情況下又是必須的選擇）。
引用做參數(shù)的好處：
1.減少拷貝，提高效率。在C語(yǔ)言中我們知道，形參是實(shí)參的臨時(shí)拷貝，那么就會(huì)有時(shí)間和空間的消耗，而引用是實(shí)參的別名，相當(dāng)于我們對(duì)實(shí)參進(jìn)行操作，省去了數(shù)據(jù)拷貝的過(guò)程。
2.引用可以直接改變實(shí)參，作為輸入型參數(shù)的時(shí)候就不需要傳遞指針；輸出型參數(shù)，函數(shù)中修改形參，實(shí)參也修改了。
void Swap1(int& left, int& right)
{int tmp = left;
left = right;
right = tmp;
}
void Swap2(int left, int right)
{int tmp = left;
left = right;
right = tmp;
}
int main()
{int a = 1, b = 2;
Swap1(a, b);
Swap2(a, b);
return 0；
}
? （1）傳遞引用給函數(shù)與傳遞指針的效果是一樣的。這時(shí)，被調(diào)函數(shù)的形參就成為原來(lái)主調(diào)函數(shù)中的實(shí)參變量或?qū)ο蟮囊粋€(gè)別名來(lái)使用，所以在被調(diào)函數(shù)中對(duì)形參變量的操作就是對(duì)其相應(yīng)的目標(biāo)對(duì)象（在主調(diào)函數(shù)中）的操作。
（2）使用引用傳遞函數(shù)的參數(shù)，在內(nèi)存中并沒(méi)有產(chǎn)生實(shí)參的副本，它是直接對(duì)實(shí)參操作；而使用一般變量傳遞函數(shù)的參數(shù)，當(dāng)發(fā)生函數(shù)調(diào)用時(shí)，需要給 形參分配存儲(chǔ)單元，形參變量是實(shí)參變量的副本；如果傳遞的是對(duì)象，還將調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)。因此，當(dāng)參數(shù)傳遞的數(shù)據(jù)較大時(shí)，用引用比用一般變量傳遞參數(shù)的效 率和所占空間都好。
（3）使用指針作為函數(shù)的參數(shù)雖然也能達(dá)到與使用引用的效果，但是，在被調(diào)函數(shù)中同樣要給形參分配存儲(chǔ)單元，且需要重復(fù)使用"*指針變量名"的 形式進(jìn)行運(yùn)算，這很容易產(chǎn)生錯(cuò)誤且程序的閱讀性較差；另一方面，在主調(diào)函數(shù)的調(diào)用點(diǎn)處，必須用變量的地址作為實(shí)參。而引用更容易使用，更清晰。
引用傳參，形參是實(shí)參的別名，不需要拷貝，也不開(kāi)辟空間。
傳值或者傳址傳參，要發(fā)生臨時(shí)拷貝，形參的實(shí)參的拷貝。
//減少拷貝
//一般引用做參數(shù)都用const引用
void Func(const int& x)
{}
int main()
{int a = 0;
//權(quán)限平移
int& ra = a;
//指針和引用中賦值中，權(quán)限可以縮小，但不可以放大
const int b = 1;
//拷貝
a = b;
//我引用你，權(quán)限放大，不行
//int& rb = b;
//我引用你，我的權(quán)限縮小，可以
const int& rra = a;
//rra++;
a++;
//權(quán)限平移
const int& rrb = b;
Func(a);
Func(b);
Func(rra);
Func(rrb);
return 0;
}指針和引用中賦值中，權(quán)限可以縮小，但不可以放大。
const引用做參數(shù)，有沒(méi)有const修飾的變量都可以傳遞，這里只有權(quán)限平移或縮小。
常引用做參數(shù)：
我們知道引用做參數(shù)可以提高效率以及可以直接改變實(shí)參，那么如果我們只想提高效率而不改變參數(shù)可不可以用引用呢？比如我們我們要傳遞一個(gè)非常大的數(shù)據(jù)而又不行改變它，這時(shí)候用引用可以提高效率，但是安全性又得不到保障，那么這時(shí)候常引用的作用就體現(xiàn)出來(lái)了；在C++中，一般非輸出型參數(shù)都是用常引用做參數(shù)，就在C語(yǔ)言中，我們傳遞的兩個(gè)字符串，把第一個(gè)拷貝到另一個(gè)字符串中，原字符串就可以加const進(jìn)行修飾，防止出錯(cuò)。
int main()
{const int a = 10;
double d = 12.34;
cout<< (int)d<< endl;
const int& ri = d;//可以
return 0;
}類(lèi)型轉(zhuǎn)換，提升，截?cái)喽紩?huì)產(chǎn)生臨時(shí)變量，臨時(shí)變量具有常性。
語(yǔ)法上面，ra是a的別名，不開(kāi)空間
底層實(shí)現(xiàn)，引用是使用指針
要以引用返回函數(shù)值，則函數(shù)定義時(shí)要按以下格式：
類(lèi)型標(biāo)識(shí)符 &函數(shù)名（形參列表及類(lèi)型說(shuō)明）
{函數(shù)體}
說(shuō)明：
（1）以引用返回函數(shù)值，定義函數(shù)時(shí)需要在函數(shù)名前加&
（2）用引用返回一個(gè)函數(shù)值的大好處是，在內(nèi)存中不產(chǎn)生被返回值的副本。
int& Add(int a, int b)
{int c = a + b;
return c;
}
int main()
{int& ret = Add(1, 2);
cout<< ret<< endl;
Add(3, 4);
cout<< "Add(1, 2) is :"<< ret<< endl;
return 0;
}
對(duì)于第一、二個(gè)函數(shù)，n的值存放在靜態(tài)區(qū)(代碼段)中，函數(shù)棧幀銷(xiāo)毀了之后n還在，可以用引用返回、也可以使用傳值返回，傳值返回是將n的值存放到一個(gè)臨時(shí)變量中再返回。
對(duì)于第三個(gè)函數(shù)來(lái)說(shuō)，函數(shù)調(diào)用結(jié)束，函數(shù)棧幀銷(xiāo)毀，再使用傳值返回就會(huì)越界訪問(wèn)，返回值就是一個(gè)不確定的值，所以不能這樣使用。
對(duì)于第四個(gè)函數(shù)來(lái)說(shuō)，傳值返回的是n拷貝到臨時(shí)變量的值(該過(guò)程發(fā)生在函數(shù)棧幀銷(xiāo)毀之前)。所以沒(méi)有問(wèn)題。
對(duì)于上面第三個(gè)函數(shù)我們深入理解什么它是錯(cuò)的：
#includeusing namespace std;
int& Count()
{int n = 0;
n++;
cout<< "&n:"<< &n<< endl;
return n;
}
void Func()
{int x = 100;
cout<< "&x:"<< &x<< endl;
}
int main()
{int& ret = Count();
cout<< "ret="<< ret<< endl;
Func();
cout<< "ret="<< ret<< endl;
cout<< "&ret:"<< &ret<< endl;
cout<< "ret="<< ret<< endl;
return 0;
}c 
從上面的結(jié)果可以看出，n,x,ret的使用的是同一塊內(nèi)存空間，我們要理解這段代碼，首先需要知道函數(shù)棧幀銷(xiāo)毀的本質(zhì)是什么：
函數(shù)棧幀的銷(xiāo)毀并不是把那塊空間給銷(xiāo)毀了，而是在這個(gè)棧幀里面的數(shù)據(jù)不被保護(hù)了，可能被其他數(shù)據(jù)占用，有以下幾種情況：該空間沒(méi)有被編譯器分配給其他函數(shù)或變量使用，這在該空間的原來(lái)數(shù)據(jù)沒(méi)有覆蓋，我們還能夠拿到該空間原來(lái)是的數(shù)據(jù)；該空間如果被分配給了其他函數(shù)，則該空間的數(shù)據(jù)將會(huì)被覆蓋；如果沒(méi)有被分配給其他函數(shù)使用，而是被編譯器清理了，該空間的數(shù)據(jù)將是一個(gè)隨機(jī)值。
對(duì)于上面我們的代碼：1.Count函數(shù)中的變量n是一個(gè)局部變量，函數(shù)調(diào)用完畢之后，函數(shù)棧幀銷(xiāo)毀，棧幀里面的數(shù)據(jù)將不被保護(hù)，我們這里用的是引用返回，返回的是n那塊空間的數(shù)據(jù)。ret是Count函數(shù)返回值的引用，而返回值是局部變量n的引用，所以第一次打印n的值是1；第二次我們我們調(diào)用了Func函數(shù)，這兩個(gè)函數(shù)棧幀的大小剛好相等，所以n看那一塊空間被x=100覆蓋打印出來(lái)ret的值是100;之后我們繼續(xù)調(diào)用cout函數(shù)，導(dǎo)致那塊空間原有的數(shù)據(jù)被覆蓋，而ret是n的引用，所以cout打印的是n的那塊空間的數(shù)據(jù)，所以打印出來(lái)的是一個(gè)隨機(jī)值。三次打印應(yīng)該都是一個(gè)隨機(jī)值，畢竟這個(gè)一個(gè)錯(cuò)誤的程序，我們需要了解它為什么是錯(cuò)的。
【注意】
內(nèi)存空間銷(xiāo)毀之后，空間還在，只是使用權(quán)不是我們的，我們存的數(shù)據(jù)不被保護(hù)，我們還能夠訪問(wèn)，只是我們讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)都是不確定的。
內(nèi)存申請(qǐng)和釋放，就像住酒店?？臻g讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，就像在房間寄存的東西。
【結(jié)論】
出了函數(shù)作用域，返回變量不存在了，不能用引用返回，因?yàn)橐梅祷氐慕Y(jié)果是未定義的。
出了函數(shù)作用域，返回變量存在，才能用引用返回。
五、性能比較 1.傳值、傳引用效率比較以值作為參數(shù)或者返回值類(lèi)型，在傳參和返回期間，函數(shù)不會(huì)直接傳遞實(shí)參或者將變量本身直
接返回，而是傳遞實(shí)參或者返回變量的一份臨時(shí)的拷貝，因此用值作為參數(shù)或者返回值類(lèi)型，效
率是非常低下的，尤其是當(dāng)參數(shù)或者返回值類(lèi)型非常大時(shí)，效率就更低。
比如一下例子：
#include#includeusing namespace std;
struct A
{int a[10000];
};
void TestFunc1(A a) {}
void TestFunc2(A& a) {}
void TestRefAndValue()
{A a;
// 以值作為函數(shù)參數(shù)
size_t begin1 = clock();
for (size_t i = 0; i< 100000; ++i)
TestFunc1(a);
size_t end1 = clock();
// 以引用作為函數(shù)參數(shù)
size_t begin2 = clock();
for (size_t i = 0; i< 100000; ++i)
TestFunc2(a);
size_t end2 = clock();
// 分別計(jì)算兩個(gè)函數(shù)運(yùn)行結(jié)束后的時(shí)間
cout<< "TestFunc1(A)-time:"<< end1 - begin1<< endl;
cout<< "TestFunc2(A&)-time:"<< end2 - begin2<< endl;
}
int main()
{TestRefAndValue();
return 0;
} 
值和指針在作為傳參以及返回值類(lèi)型上效率相差很大。
比如下面的例子：
#include#includeusing namespace std;
struct A {int a[10000]; };
A a;
// 值返回
A TestFunc1() {return a; }
// 引用返回
A& TestFunc2() {return a; }
void TestReturnByRefOrValue()
{// 以值作為函數(shù)的返回值類(lèi)型
size_t begin1 = clock();
for (size_t i = 0; i< 100000; ++i)
TestFunc1();
size_t end1 = clock();
// 以引用作為函數(shù)的返回值類(lèi)型
size_t begin2 = clock();
for (size_t i = 0; i< 100000; ++i)
TestFunc2();
size_t end2 = clock();
// 計(jì)算兩個(gè)函數(shù)運(yùn)算完成之后的時(shí)間
cout<< "TestFunc1 time:"<< end1 - begin1<< endl;
cout<< "TestFunc2 time:"<< end2 - begin2<< endl;
}
int main()
{TestReturnByRefOrValue();
return 0;
} 
在語(yǔ)法概念上引用就是一個(gè)別名，沒(méi)有獨(dú)立空間，和其引用實(shí)體共用同一塊空間。
int main()
{int a = 10;
int& ra = a;
cout<<"&a = "<<&a<在底層實(shí)現(xiàn)上實(shí)際是有空間的，因?yàn)橐檬前凑罩羔樂(lè)绞絹?lái)實(shí)現(xiàn)的。
int main()
{int a = 10;
int& ra = a;
ra = 20;
int* pa = &a;
*pa = 20;
return 0;
}
我們來(lái)看下引用和指針的匯編代碼對(duì)比:
引用和指針的不同點(diǎn):
1.引用概念上定義一個(gè)變量的別名，指針存儲(chǔ)一個(gè)變量地址。
2.引用在定義時(shí)必須初始化，指針沒(méi)有要求
3.引用在初始化時(shí)引用一個(gè)實(shí)體后，就不能再引用其他實(shí)體，而指針可以在任何時(shí)候指向任何一個(gè)同類(lèi)型實(shí)體
4.沒(méi)有NULL引用，但有NULL指針
5.在sizeof中含義不同**：引用結(jié)果為引用類(lèi)型的大小，但指針始終是**地址空間所占字節(jié)個(gè)數(shù)(32位平臺(tái)下占4個(gè)節(jié),64位平臺(tái)下占8個(gè)字節(jié))
6.引用自加即引用的實(shí)體增加1，指針自加即指針向后偏移一個(gè)類(lèi)型的大小
7.有多級(jí)指針，但是沒(méi)有多級(jí)引用
8.訪問(wèn)實(shí)體方式不同，指針需要顯式解引用，引用編譯器自己處理
9.引用比指針使用起來(lái)相對(duì)更安全
七、總結(jié)（1）在引用的使用中，單純給某個(gè)變量取個(gè)別名是毫無(wú)意義的，引用的目的主要用于在函數(shù)參數(shù)傳遞中，解決大塊數(shù)據(jù)或?qū)ο蟮膫鬟f效率和空間不如意的問(wèn)題。
（2）用引用傳遞函數(shù)的參數(shù)，能保證參數(shù)傳遞中不產(chǎn)生副本，提高傳遞的效率，且通過(guò)const的使用，保證了引用傳遞的安全性。
（3）引用與指針的區(qū)別是，指針通過(guò)某個(gè)指針變量指向一個(gè)對(duì)象后，對(duì)它所指向的變量間接操作。程序中使用指針，程序的可讀性差；而引用本身就是目標(biāo)變量的別名，對(duì)引用的操作就是對(duì)目標(biāo)變量的操作。
ULL引用，但有NULL指針
5.在sizeof中含義不同**：引用結(jié)果為引用類(lèi)型的大小，但指針始終是**地址空間所占字節(jié)個(gè)數(shù)(32位平臺(tái)下占4個(gè)節(jié),64位平臺(tái)下占8個(gè)字節(jié))
6.引用自加即引用的實(shí)體增加1，指針自加即指針向后偏移一個(gè)類(lèi)型的大小
7.有多級(jí)指針，但是沒(méi)有多級(jí)引用
8.訪問(wèn)實(shí)體方式不同，指針需要顯式解引用，引用編譯器自己處理
9.引用比指針使用起來(lái)相對(duì)更安全
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本文標(biāo)題：【C++】C++引用-創(chuàng)新互聯(lián)
文章出自：http://fisionsoft.com.cn/article/cegiij.html
