C++第三节入门 - 引用详解

引用

引用可以对别名进行引用！

#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
	int a = 0;    // 李逵
	int& b = a;   // 铁牛
	int& c = b;	  // 在铁牛的基础上取名为黑旋风
	return 0;
}

引用的特性：

1. 引用在定义的时候必须初始化；
2. 一个变量可以有多个引用（可以对引用再进行引用）；
3. 引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体

java当中没有指针！ 因此每个节点中存放的是下一个节点的引用！

C++不能这样实现，因为C++中的引用是不能被修改的！

同一个域的引用不能同名；不同域的引用可以同名！

引用的使用场景

• 做参数（输出型参数）

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

• 输出型参数：此时形参的改变会影响实参（引用）
• 输入型参数 ：形参的改变不会影响实参！

struct + 结构体得名字才是结构体的类型！（C语言中）

但是C++可以直接使用结构体的名字！

引用做参数还可以提高效率（后面详解）（大对象/深拷贝对象）

#include<iostream>
using namespace std;

void swap(int& p, int& q)
{
	int tmp = p;
	p = q;
	q = tmp;
}

int main()
{
	int aa = 10;    // 李逵
	int bb = 20;
	int& a = aa;   // 铁牛
	// int& c = b;	  // 在铁牛的基础上取名为黑旋风
	int& b = bb;
	cout << aa <<' '<<bb<< endl;
	//cout << bb << endl;
	swap(aa, bb);
	cout << aa << ' ' << bb << endl;


	return 0;
}

做返回值

分析下面两个代码：

int Count1()
{
	int n = 0;
	n++;
	// ...
	return n;
}

（n拷贝给临时变量，临时变量再拷贝给ret！） 

 不能直接返回n的值，因为n在栈区，出作用域直接销毁，因此会创建临时变量！（详细解释如下：）

        中间会生成临时变量，临时变量可能由寄存器代替，会把临时变量放到寄存器里面，作为表达式的返回值，再给ret！

        但是寄存器一般只有4/8个字节，数据量大就放不下！

        在C/C++中，当你从一个函数返回一个局部变量（如n）的值时，编译器会创建一个临时变量来存储这个值。这个临时变量通常存放在栈区（stack）中。
        具体来说，当函数Count1执行完毕后，局部变量n会被销毁，但在返回时，编译器会将n的值复制到一个临时变量中。这个临时变量的生命周期会持续到它被使用完为止，通常是在调用函数的上下文中。
        因此，虽然n在函数结束时会被销毁，但返回的值（即临时变量的值）仍然可以在调用该函数的地方使用。这个临时变量的存储位置仍然是在栈区，直到它不再被需要。

int Count2()
{
	static int n = 0;
	n++;
	// ...
	return n;
}

此时n位于静态区，出作用域不会被销毁！ 

那么此时n会创建临时变量吗？

会！编译器不看变量在栈区还是静态区，只要是传值返回，都会创建临时变量！（傻瓜处理）

此时，用引用做返回值就不会生成临时变量！

• 减少拷贝，提高效率（大对象影响很大）

        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。

值和引用的作为返回值类型的性能比较：

#include <time.h>  
#include <iostream>  
using namespace std;  

struct A { int a[10000]; }; // 定义结构体A，包含一个大小为10000的整数数组  
A a; // 创建一个全局变量a，类型为A  

// 值返回  
A TestFunc1() { return a; } // 定义一个函数TestFunc1，返回全局变量a的副本  

// 引用返回  
A& TestFunc2() { return a; } // 定义一个函数TestFunc2，返回全局变量a的引用  

void TestReturnByRefOrValue() {  
    // 以值作为函数的返回值类型  
    size_t begin1 = clock(); // 记录开始时间  
    for (size_t i = 0; i < 100000; ++i) // 循环调用TestFunc1 100,000次  
        TestFunc1();  
    size_t end1 = clock(); // 记录结束时间  

    // 以引用作为函数的返回值类型  
    size_t begin2 = clock(); // 记录开始时间  
    for (size_t i = 0; i < 100000; ++i) // 循环调用TestFunc2 100,000次  
        TestFunc2();  
    size_t end2 = clock(); // 记录结束时间  

    // 计算两个函数运算完成之后的时间  
    cout << "TestFunc1 time: " << end1 - begin1 << " ms" << endl; // 输出TestFunc1的执行时间  
    cout << "TestFunc2 time: " << end2 - begin2 << " ms" << endl; // 输出TestFunc2的执行时间  
}  

int main() {  
    TestReturnByRefOrValue(); // 调用性能测试函数  
    return 0; // 返回0表示程序正常结束  
}

分析下面用引用做返回值的代码 ：

这里ret与n的关系是拷贝！ （栈帧的销毁不会影响ret）

这个代码的输出结果为随机值！

n所在的空间已经被销毁！（归还它的使用权） 此时访问的数据的结果是不确定的！访问的是随机值！

• 如果Count函数结束，栈帧销毁，没有清理栈帧，那么ret的结果是侥幸正确的！
• 如果Count函数结束，栈帧销毁，清理栈帧，那么ret的结果是随机值！

相当于访问的是野指针！

int& Count2()
{
	int n = 0;
	n++;
	// ...
	return n;
}

int main()
{
	//int ret2 = Count2();
	int& ret2 = Count2();
	cout << ret2 << endl;
	return 0;
}

这种情况下：count()等于n的别名，ret2是count2的别名，相当于给别名取别名！

此时ret2也是n的别名！

• ret是n的别名，当函数调用结束后，栈帧销毁，如果没有清理栈帧，此时两次打印ret的值为11和21；（访问的是一个已经被销毁的空间的变量）；
• 第二次调用函数所占的空间一样大，将原来的10覆盖为20，
• 如果栈帧被清理，此时打印的就是随机值！

但是如果此时调用任何一个其他的函数，ret的值就为一个随机值！

因为调用下一个函数的时候，需要建立函数栈帧，正好将上面的空间覆盖，覆盖后为什么样子不确定，此时再访问这块空间就为一个随机值！（再次调用count()是在同一块空间的同一块位置将其值从10覆盖为20）

因此！上面的做法不可取！返回局部作用的变量的引用非常危险！

我们采用以下做法：

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

int main()
{
	int ret = Count();
	cout << ret << endl;
	return 0;
}

此时栈帧销毁，n位于静态区，n一直存在，不会影响返回！

 总结：

1. 基本任何场景都可以使用引用传参；
2. 谨慎用引用做返回值，出了函数作用域，对象不在了，就不能引用返回，还在就可以用引用返回！

可以使用引用返回的：static修饰的，全局变量、malloc开辟的，常量值.

常引用

第一种

const int a = 0;
int& b = a;

这种写法是错误的！权限不能扩大！a的值为常量不能改变 ；

第二种

const int c = 0;
int d = c;

这种写法可以！因为c拷贝给d，此时d的改变不影响c；

第三种

int main()
{
	int a = 10;
	int& b = a;   // 平移
	const int& z = a;    // 缩小
	a++;
	z++;   // 这种写法是错误的，z不能修改！
	cout << a << endl;
	cout << z << endl;

	return 0;
}

引用过程中，权限可以平移或者缩小，但是不能放大！

这里a++的时候z也能++，但是不能使用z++！

第四种：

const int& m = 10;

权限进行了平移，两边都不能修改！

第五种：

	double a = 1.11;
	int b = a;
	int& c = a;  // 这种行不通！！！
	const int& d = a;
    double& e = a;

b实际上是强制类型转换，发生类型转换（类型提升，截断等）的时候会产生临时变量，类似于传值返回！

实际上是把dd给临时变量，再将临时变量给ri，因此，中间会产生一个int的临时变量！

对应的，下面的实际上是将dd给临时变量，再把临时变量给rii！

临时变量具有常性！相当于被const修饰！

因此这样子不满足不是因为类型不行，而是因为权限放大！

第六种

上面这种写法不可取！因为func1()返回的是一个临时变量，临时变量具有常属性！此时这样子做会造成权限的方法！

解决方法：前面加上const即可！

当函数返回一个基本数据类型的值时，返回的是该值的副本。这个副本是一个临时变量，不能被修改，所以我们一般用一个变量来接受这个函数的返回值！（传值返回）

第七种：

上面这两种都可以！（没有产生临时对象）

分析下面这种特殊情况：

当j和i进行比较的时候，实际上i的值没有发生改变，但是会产生一个临时变量，将i转化为double类型的临时变量，此时再用这个临时变量和j进行比较！

指针和引用的区别

语法层面上：

int main()
{
	int a = 10;

	// 语法层面上，不开空间，是对a取别名
	int& b = a;
	b = 20;
	// 语法层面上，开空间，存储a的地址
	int* ps = &a;
	*ps = 30;
	return 0;
}

先看指针：

• lea是取地址的意思：取a的地址放到eax中（eax是一个寄存器）；
• 然后把eax的值放入pa中，pa存放的是地址；（内存的速度太慢了，一般都会借助寄存器，缓存当中转！）
• 解引用的时候将pa的值放到eax中；再对eax解引用将30放进去！

可以发现：从底层汇编指令实现的角度来看：引用是类似指针的方法实现的！

语法层面上我们认为引用不开辟空间，但是从底层来看引用还是会开辟空间！（底层和上层可能是不一样的！）

引用和指针的区别：

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；
2. 引用在定义时必须初始化，指针没有要求；
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；
4. 没有NULL引用，但有NULL指针；（引用不能指向 NULL 是因为引用必须始终绑定到一个有效的对象，以确保安全性和简洁性。引用的设计旨在避免指针所带来的复杂性和潜在错误，因此不允许引用指向 NULL。如果需要表示“无对象”的状态，应该使用指针。）
5. 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)；
6. 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；
7. 有多级指针，但是没有多级引用 ；
8. 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 ；
9. 引用比指针使用起来相对更安全 ；