【详解C++中的引用】

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一、什么是引用

引用就是给一个变量取别名。

注意：这个引用不会新开辟一块空间，而是和原来的变量公用一块空间。

举个例子：李逵，在家称为"铁牛"，江湖上人称"黑旋风"。

二、引用规则

引用规则：引用实体类型+&+引用别名 = 引用实体。

比如下面：

int main()
{
    
    
	int a = 10;
	//引用
	int& ba = a;
	
	ba = 20;
	printf("%d ", a);

	return 0;
}

上面代码为例：

引用对象类型是int + & + 引用别名（ba） = 引用对象（a）

C++中的 “&”符号跟类型在一起是不在是取地址，而是”引用“。

现在ba这个就是a的别名，和a是同一块内存空间，改变了ba的内容，就等于改变了a的内容。

同时，一个变量可以有多个引用。

相当于一个人可以有多个别名一样。

就像是：假如你在家被叫做小红，在外面被叫燕燕。你的妈妈叫小红吃饭，然后小红去吃饭了，那燕燕是不是也吃了，你是不是也吃了呢？

三、引用特性

1.引用类型必须是和引用实体是同一类型。

比如：

报错的原因是：引用对象的类型和引用实体的类型不一致。

引用的对象a是int类型，而给它取别名却是double类型，这是不允许的。

2.引用在定义时必须初始化

比如：

这也是不允许的。

3. 引用一旦引用一个实体，就不能引用其他实体。

比如：

int main()
{
    
    
	int a = 10;
	//引用
	int& pa = a;

	int x = 20;
	pa = x;

	return 0;
}

这段代码，有错误吗？

没有错误，但是pa = x这行代码，并不是引用更改，因为前面已经提过：

引用一旦引用一个实体，就不能引用其他实体。

所以这行代码的意思是：将x 的值赋值给pa。

此时a的值是20了。

四、使用场景

1.做函数参数

引用可以做函数的参数，作用相当于指针，可以改变变量本身。

比如：

void Swap(int& a, int& b)
{
    
    
	int tmp = a;
	a = b;
	b = tmp;
}

int main()
{
    
    
	int a = 10;
	int b = 20;
	printf("交换前：a = %d ,b = %d\n", a, b);
	Swap(a, b);
	printf("交换后：a = %d ,b = %d\n", a, b);
	return 0;
}

传参传一个实参过去，但是接收时使用引用，此时该引用就是形参的别名，形参的别名改变会改变形参本身。

这个是使用引用一个好的地方。

做返回值的作用：
1.做输出型参数，节省空间。
我们传形参时，用引用接收，也不再需要使用地址，不再需要开辟指针空间来接收，直接改变引用即可改变形参。

2. 提高效率，当传过来的形参是大对象/深拷贝对象时，能够极大地提高效率。

2.做返回值

先看不用引用做返回值，用普通的返回值：

案例1，错误代码
int test()
{
    
    
	int n = 10;
	n++;

	return n;
}

int main()
{
    
    
	int ret = test();

	printf("%d\n", ret);
	return 0;
}

这样的返回值是我们常见的返回值。
这里需要提一点：
test函数并不是直接返回n的。

因为test函数在调用结束后会销毁它所在的栈帧，连同n会一起销毁，所以编译器会先保存n的值到一个寄存器中，再销毁栈帧，然后返回寄存器的值给ret。

过程如下：

所以就出现了一个问题。

当我们用上面的代码，返回的是n的引用（别名）时，这就不安全了。因为返回的是n的引用，不会创建临时空间给n，而是直接返回n。 但是返回之后n所在的函数栈帧会被销毁，所以连同n一起销毁了，但是此时ret是n这块已经不属于自己的空间的拷贝，所以ret是违法的。

打印出来的ret，可能是随机值，也可能是n原来的值，但如果是n原来的值，这只是侥幸，因为n原来的空间暂时没有被使用。但如果n这块空间被其他函数使用了，此时ret就有可能是随机值。

所以在上面的例子中，不能使用引用来返回。

再看下面的例子：

案例2 ，正确代码
int& test()
{
    
    
	static int n = 10;
	n++;
	return n;
}

int main()
{
    
    
	int ret = test();
	printf("%d\n", ret);
	return 0;
}

注意，n是被static修饰过的变量。此时可以用引用进行返回了，因为函数test的销毁不会销毁n，n是在静态区开辟的空间，而函数是在栈区开辟的空间，两者互不影响。

返回n的引用是绝对安全的。

再看下面：

案例3，错误代码
int& test()
{
    
    
	int n = 10;
	n++;
	return n;
}

int main()
{
    
    
	int& ret = test();
	printf("%d\n", ret);
	return 0;
}

此时与案例二相似，但是n不是被static修饰过的，而且ret也是引用，相当于返回n的引用后，再用引用接收n的引用，此时ret也还是n的别名，而n是在栈区开辟的空间，销毁后，此时n的空间不再属于自己，打印ret，相当于打印不属于自己的n，这是违法的行为。

当这段栈空间被其他东西用之后，n的值可能是随机值了。

再看下面的案例：

案例4，正确代码
int& test()
{
    
    
	static int n = 10;
	n++;
	return n;
}

int main()
{
    
    
	int& ret = test();
	printf("%d\n", ret);
	return 0;
}

此时n 是被static修饰过的，所以栈帧空间的销毁不会影响n，打印ret（ret是n的引用），会正确打印出来。

总结：
1.使用引用做返回值时，引用返回不会开辟临时空间保存返回值
2.而不管改变量是在栈区还是在静态区，不用引用都会开辟临时空间保存返回值。
但是使用引用必须保证返回值是绝对的安全。

五、常引用

1.在引用的过程中，权限不能放大，只能缩小或平移。
1.在引用的过程中，权限不能放大，只能缩小或平移。
1.在引用的过程中，权限不能放大，只能缩小或平移。

案例1：
错误示例

int main()
{
    
    
	//权限不能放大，不正确
	const int a = 0; // 常变量，不可修改
	int& b = a; // 起了一个别名，必须也是常引用
	
	return 0;
}

a是一个被const修饰后的常变量，不可修改。
而b是a的引用，此时b并没有被const修饰，意味着b可以修改，但是a已经不能被修改了，b是a的别名同样不可修改，这是规定。

所以权限不能放大

案例2：
正确实例

int main()
{
    
    
	const int a = 0; // 常变量，不可修改
	//权限的平移
	const int& b = a;
	return 0;
}

变量a 和引用b都被const修饰了，它们的权限是一样的，所以权限可以平移。

案例3：
正确案例：

int main()
{
    
    
	//权限可以缩小
	int g = 0;
	const int& h = g;
	return 0;
}

g是一个变量，h是g的引用，但是h被const修饰后，意味着h不能修改。
所以这是一个权限的缩小。

2.只要发生类型转换，都会产生临时变量。
而临时变量不可修改，具有常性。
2.只要发生类型转换，都会产生临时变量。
而临时变量不可修改，具有常性。
2.只要发生类型转换，都会产生临时变量。
而临时变量不可修改，具有常性。

类型转换包括：隐式类型转换，截断，整型提升等。

比如：

int main()
{
    
    
	double d = 1.1;
	int a = d;

	return 0;
}

这里会发生隐式类型转换。d是double类型拷贝给a ，会在中间生成一个int类型的临时变量，然后把d放入该临时变量中，然后该临时变量再拷贝给a。所以把d拷贝给a是不会改变d本身的。

再看下面的代码：

错误示例
int main()
{
    
    
	double d = 1.1;
	int& a = d;
	return 0;
}

为什么a不能作为d的引用？
本质上还是权限放大的问题。
d是double类型的变量，a是int类型的引用，中间创建一个int类型的临时拷贝，而临时拷贝具有常性，给了a之后，a是引用，不具有常性，就相当于权限的放大。

正确示范
int main()
{
    
    
	double d = 1.1;
	const int& a = d;
	return 0;
}

加了const修饰后，引用a就具有了常性，相当于权限的平移了。

ps：为什么类型转换会产生临时变量？

看下面的例子：

int main()
{
    
    
	int a = 1;
	double b = 1.1;
	if (b > a)
	{
    
    
		cout << "hehe" << endl;
	}
	return 0;
}

此时会打印hehe，因为表达式左右两边如果类型不同，会发生整型提升或截断。

这里b和a相比，a会发生整型提升到double类型再与b比较。

而整型提升的过程会生成一个临时变量，这个临时变量就是a提升后的结果（并不是a本身提升）。

所以比较前后a和b的值都不会发生改变。

六、引用和指针的区别

从汇编的角度看，引用的底层也是用指针实现的。

但是在语法层面，引用不开空间，指针会开辟一块空间。

总结

引用和指针的不同点:

1. 引用概念上定义一个变量的别名，指针存储一个变量地址。

int main()
{
    
    
	int a = 10;
	//指针存储a的地址
	int* pa = &a;
	
	//b是a的引用（别名）
	int& b = a;
	return 0;
}

2. 引用在定义时必须初始化，指针没有要求。

int main()
{
    
    
	int a = 1;

	//引用必须初始化
	int& b = a;

	//指针可不初始化
	int* p;
	return 0;
}

3. 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。

int main()
{
    
    
	int a = 10;
	int b = 20;
	int& d = a;

	//指针可以改变指向的对象
	int* p = &a;
	p = &b;

	//但是引用不可改变指向的对象
	//这个并不是改变引用d的实体对象，而是把b拷贝给d
	d = b;
	return 0;
}

4. 没有NULL引用，但有NULL指针。

int main()
{
    
    
	//可以存在空指针
	int* p = NULL;
	//不存在空引用，引用必须初始化一个实体
	//错误代码
	int& b;
	return 0;
}

6. 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)。

int main()
{
    
    
	double a = 10;
	
	double* p = &a;
	cout << sizeof(p) << endl;

	double& b = a;
	cout << sizeof(b) << endl;
	return 0;
}

8. 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。
   

9. 有多级指针，但是没有多级引用。

10. 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。

11. 引用比指针使用起来相对更安全。