帶你瞭解C++初階之引用
一、 引用概念
引用不是新定義一個變量，而是給已存在變量取瞭一個別名，語法理解上程序不會為引用變量開辟內存空間，它和它引用的變量共用同一塊內存空間
比如：李逵，在傢稱為"鐵牛"，江湖上人稱"黑旋風"
類型& 引用變量名(對象名) = 引用實體
int main()
{
//有一塊空間a,後面給a取瞭三個別名b、c、d
int a = 10;
int& b = a;
int& c = a;
int& d = b;
//char& d = a;//err,引用類型和引用實體不是同類型(這裡有爭議————char a = b[int類型],留個懸念,下面會解答)
//會被修改
c = 20;
d = 30;
return 0;
}
註意
- 引用類型必須和引用實體是同種類型
- 註意區分 ‘&’ 取地址符號
二、 引用特性
- 引用在定義時必須初始化
- 一個變量可以有多個引用
- 引用一旦引用一個實體，再不能引用其他實體
int main()
{
//int& e;//err
int a = 10;
int& b = a;
//這裡指的是把c的值賦值於b
int c = 20;
b = c;
return 0;
}
三、 常引用
void TestConstRef()
{
const int a = 10;
//int& ra = a; //該語句編譯時會出錯，a為常量;由const int到int
const int& ra = a;//ok
int b = 20;
const int& c = b; //ok,由int到const int
//b可以改,c隻能讀不能寫
b = 30;
//c = 30;//err
//b、c分別起的別名的權限可以是不變或縮小
int& d = b;//ok
//int& e = c//err
const int& e = c;//ok
//int& f = 10; // 該語句編譯時會出錯，b為常量
const int& g = 10;//ok
int h = 10;
double i = h;//ok
//double& j = h;//err
const double& j = h;//ok
//?為啥h能賦值給i瞭(隱式類型轉換)，而給h起一個double類型的別名卻不行————如果是僅僅是類型的問題那為啥加上const就行瞭？
//double i = h;並不是直接把h給i,而是在它們中間產生瞭一個臨時變量(double類型、常量),並利用這個臨時變量賦值
//也就是說const double& j = h;就意味著j不是直接變成h的別名,而是變成臨時變量(doublde類型)的別名,但是這個臨時變量是一個常量,這也解釋瞭為啥需要加上const
}
小結
1.我能否滿足你變成別名的條件：可以不變或者縮小你讀寫的權限 (const int -> const int 或 int -> const int)，而不能放大你讀寫的權限 (const int -> int)
2.別名的意義可以改變，並不是每個別名都跟原名有一樣的權限
3.不能給類型不同的變量起別名的真正原因不是類型不同，而是隱式類型轉換後具有常性瞭
常引用的意義 (舉例棧)
typedef struct Stack
{
int* a;
int top;
int capacity;
}ST;
void InitStack(ST& s)//傳引用是為瞭形參的改變影響實參
{//...}
void PrintStack(const ST& s)//1.傳引用是為瞭減少拷貝 2. 同時保護實參不會被修改
{//...}
void Test(const int& n)//即可以接收變量，也可以接收常量
{//...}
int main()
{
ST st;
InitStack(st);
//...
PrintStack(st);
int i = 10;
Test(i);
Test(20);
return 0;
}
小結
1.函數傳參如果想減少拷貝使用引用傳參，如果函數中不改變這個參數最好使用 const 引用傳參
2.const 引用的好處是保護實參，避免被誤改，且它可以傳普通對象也可以傳 const 對象
四、 使用場景
1、做參數
void Swap1(int* p1, int* p2)
{
int temp = *p1;
*p1 = *p2;
*p2 = temp;
}
void Swap2(int& rx, int& ry)
{
int temp = rx;
rx = ry;
ry = temp;
}
int main()
{
int x = 3, y = 5;
Swap1(&x, &y);//C傳參
Swap2(x, y);//C++傳參
return 0;
}
在 C++ 中形參變量的改變，要影響實參，可以用指針或者引用解決
意義：指針實現單鏈表尾插 || 引用實現單鏈表尾插
指針
引用
void SListPushBack(SLTNode*& phead, int x)
{
//這裡phead的改變就是plist的改變
}
void TestSList2()
{
SLTNode* plist = NULL;
SListPushBack(plist, 1);
SListPushBack(plist, 2);
}
有些書上喜歡這樣寫 (不推薦)
typedef int SLTDataType;
typedef struct SListNode
{
SLTDataType data;
struct SListNode* next;
}SLTNode, *PSLTNode;
void SListPushBack(PSLTNode& phead, int x)
{
//...
}
2、做返回值
2.1、傳值返回
//傳值返回
int Add(int a, int b)
{
int c = a + b;
return c;//需要拷貝
}
int main()
{
int ret = Add(1, 2);//ok, 3
Add(3, 4);
cout << "Add(1, 2) is :"<< ret <<endl;
return 0;
}
Add 函數裡的 return c; —— 傳值返回，臨時變量作返回值。如果比較小，通常是寄存器；如果比較大，會在 main 函數裡開辟一塊臨時空間
怎麼證明呢
int Add(int a, int b)
{
int c = a + b;
return c;
}
int main()
{
//int& ret = Add(1, 2);//err
const int& ret = Add(1, 2);//ok, 3
Add(3, 4);
cout << "Add(1, 2) is :"<< ret <<endl;
return 0;
}
從上面就可以驗證 Add 函數的返回值是先存儲在臨時空間裡的
2.2、傳引用返回
//傳引用返回
int& Add(int a, int b)
{
int c = a + b;
return c;//不需要拷貝
}
int main()
{
int ret = Add(1, 2);//err, 3
Add(3, 4);
cout << "Add(1, 2) is :"<< ret <<endl;
return 0;
}
結果是不確定的，因為 Add 函數的返回值是 c 的別名，所以在賦給 ret 前，c 的值到底是 3 還是隨機值，跟平臺有關系 (具體是平臺銷毀棧幀時是否會清理棧幀空間)，所以這裡的這種寫法本身就是越界的 (越界抽查不一定報錯)、錯誤的
發現這樣也能跑，但詭異的是為啥 ret 是 7
//傳引用返回
int& Add(int a, int b)
{
int c = a + b;
return c;
}
int main()
{
int& ret = Add(1, 2);//err, 7
Add(3, 4);
cout << "Add(1, 2) is :"<< ret <<endl;
return 0;
}
在上面我們在 VS 下運行，可以得出編譯器並沒有清理棧幀，那麼這裡進一步驗證引用返回的危害
雖然能正常運行，但是它是有問題的
小結引用做返回值
1.出瞭 TEST 函數的作用域，ret 變量會銷毀，就不能引用返回
2. 出瞭 TEST 函數的作用域，ret 變量不會銷毀，就可以引用返回
3.引用返回的價值是減少拷貝
觀察並剖析以下代碼
int main()int main()
{
int x = 3, y = 5;
int* p1 = &x;
int* p2 = &y;
int*& p3 = p1;
*p3 = 10;
p3 = p2;
return 0;
}
五、函數參數及返回值 —— 傳值、傳引用效率比較
#include <time.h>#include<iostream>using namespace std;struct A { int a[10000]; };A a;void TestFunc1(A a) {}void TestFunc2(A& a) {}A TestFunc3() { return a; }A& TestFunc4() { return a; }void TestRefAndValue(){A a;// 以值作為函數參數size_t begin1 = clock();for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)TestFunc1(a);size_t end1 = clock();// 以引用作為函數參數size_t begin2 = clock();for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)TestFunc2(a);size_t end2 = clock();// 分別計算兩個函數運行結束後的時間cout << "TestFunc1(A)-time:" << end1 - begin1 << endl;cout << "TestFunc2(A&)-time:" << end2 - begin2 << endl;}void TestReturnByRefOrValue(){// 以值作為函數的返回值類型size_t begin1 = clock();for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)TestFunc3();size_t end1 = clock();// 以引用作為函數的返回值類型size_t begin2 = clock();for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)TestFunc4();size_t end2 = clock();// 計算兩個函數運算完成之後的時間cout << "TestFunc1 time:" << end1 - begin1 << endl;cout << "TestFunc2 time:" << end2 - begin2 << endl;}int main(){//傳值、傳引用效率比較TestRefAndValue();cout << "----------cut----------" << endl;//值和引用作為返回值類型的性能比較TestReturnByRefOrValue();return 0;}#include <time.h>
#include<iostream>
using namespace std;
struct A { int a[10000]; };
A a;
void TestFunc1(A a) {}
void TestFunc2(A& a) {}
A TestFunc3() { return a; }
A& TestFunc4() { return a; }
void TestRefAndValue()
{
A a;
// 以值作為函數參數
size_t begin1 = clock();
for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)
TestFunc1(a);
size_t end1 = clock();
// 以引用作為函數參數
size_t begin2 = clock();
for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)
TestFunc2(a);
size_t end2 = clock();
// 分別計算兩個函數運行結束後的時間
cout << "TestFunc1(A)-time:" << end1 - begin1 << endl;
cout << "TestFunc2(A&)-time:" << end2 - begin2 << endl;
}
void TestReturnByRefOrValue()
{
// 以值作為函數的返回值類型
size_t begin1 = clock();
for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)
TestFunc3();
size_t end1 = clock();
// 以引用作為函數的返回值類型
size_t begin2 = clock();
for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)
TestFunc4();
size_t end2 = clock();
// 計算兩個函數運算完成之後的時間
cout << "TestFunc1 time:" << end1 - begin1 << endl;
cout << "TestFunc2 time:" << end2 - begin2 << endl;
}
int main()
{
//傳值、傳引用效率比較
TestRefAndValue();
cout << "----------cut----------" << endl;
//值和引用作為返回值類型的性能比較
TestReturnByRefOrValue();
return 0;
}
以值作為參數或者返回值類型，在傳參和返回期間，函數不會直接傳遞實參或者將變量本身直接返回，而是傳遞實參或者返回變量的一份臨時的拷貝，因此用值作為參數或者返回值類型，效率是非常低下的，尤其是當參數或者返回值類型非常大時，效率就更低
六、 引用和指針的區別
1.語法概念
引用就是一個別名，沒有獨立空間，和其引用實體共用同一塊空間
指針變量是開辟一塊空間，存儲變量的地址
int main()
{
int a = 10;
int& ra = a;
cout<<"&a = "<<&a<<endl;
cout<<"&ra = "<<&ra<<endl;
int b = 20;
int* pb = &b;
cout<<"&b = "<<&b<<endl;
cout<<"&pb = "<<&pb<<endl;
return 0;
}
2.底層實現
引用和指針是一樣的，因為引用是按照指針方式來實現的
int main()
{
int a = 10;
int& ra = a;
ra = 20;
int* pa = &a;
*pa = 20;
return 0;
}
這裡我們對比一下 VS 下引用和指針的匯編代碼可以看出來他倆是同根同源
引用和指針的不同點：
1、引用在定義時必須初始化，指針沒有要求
2、引用在初始化時引用一個實體後，就不能再引用其他實體，而指針可以在任何時候指向任何一個同類型實體
3 、沒有 NULL 引用，但有 NULL 指針
4、在 sizeof 中含義不同：引用結果為引用類型的大小，與類型有關；但指針始終是地址空間所占字節個數 (32 位平臺下占 4 個字節，64 位平臺下占 8 個字節)，與類型無關
5、引用自加即引用的實體增加 1，與類型無關，指針自加即指針向後偏移一個類型的大小，與類型有關
6、有多級指針，但是沒有多級引用
7、訪問實體方式不同，指針需要解引用，引用編譯器自己處理
8、引用比指針使用起來相對更安全，指針容易出現野指針、空指針等非法訪問問題
總結
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