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1. 前言

C语言中有一利器: 指针
而C++中增加了另一利器: 引用
这两个板块的存在
极大了提升了C/C++的可用性!

本篇文章将给大家详细讲解引用
并且分析引用和指针的联系和区别
最后给大家拓展C++中的空指针

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2. 引用的概念

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

比如说孙悟空又叫
孙行者,齐天大圣,斗战胜佛

李逵又叫黑旋风,铁牛

类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体
引用符号:&
举个例子来说明:

	int a = 10;int& ra = a;//<====定义引用类型printf("%p\n", &a);//打印地址printf("%p\n", &ra);

打印出来的地址相同

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并且引用值改变,原先的值也会改变!

int a = 10;int& ra = a;cout << ra <<' '<< a;cout << endl;ra = 20;cout << ra << ' ' << a;

a的值会从10被修改成20

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3. 引用的特性

引用特性:

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. 一旦引用一个实体，就不能引用其他实体

特性讲解:

int a = 10;
int& ra; // 没初始化,会报错
int& ra = a;
int& rra = a;
int& rrra = a;
//这三个都是a的引用,只要其中一个
//发生改变,其他三个也会改变
printf("%p %p %p %p\n", &a, &ra, &rra, &rrra);  

int a = 10;
int& ra = a;
int b = 20;
ra = b; //这条语句的意思是将b的值赋值给a//而不是ra从a的引用变成b的引用
cout << ra << ' ' << a << ' ' << b;
cout << endl;
printf("a的地址:%p ra的地址:%p b的地址:%p", &a, &ra, &b);

可以看见ra的地址和a是一样的
一旦引用初始化后就不能改变引用对象

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4. 常引用

顾名思义就是引用常量
但是常量具有不可修改性
所以引用一个常量时要加上const

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;
//const int& rd = d; // 该语句编译时会出错，类型不同
const double& rd = d;

并且引用的类型要对上

int类型的引用对应int&
double类型的引用对应double&
…

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5. 使用场景

5.1 引用做函数参数

引用做函数参数

之前在写C程序的交换函数时
因为形参是实参的一份拷贝
想要改变实参就要传地址
而现在有了引用就不用传地址了!

void Swap(int& left, int& right)//交换函数
{int temp = left;left = right;right = temp;
}int a = 10;
int b = 20;
Swap(a,b);//因为形参为引用,所以这传的是a,b的引用

注: 引用传参时,不用加符号&
& 符号放在类型后面时是引用
其他地方& 符号都是取地址!

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5.2 引用做函数返回值

引用做返回值

引用做返回值时
可在函数外面修改函数里面的内容
前提是引用的变量出了函数不会销毁

static int n = 0;
int& Count()
{n++;n++;return n;
}int& tmp = Count();
tmp = 20;
cout << tmp << ' ' << n;

由于局部变量出了作用域会销毁
所以这里在函数中定义的是静态变量

并且修改tmp的值会改变n的值

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6. 注意事项

下面这段代码不能用传引用返回:

int& Add(int a, int b)
{int c = a + b;return c;
}

因为函数调用完后C就被销毁了
而将C的引用返回后
会有类似于使用野指针的风险

总结:

如果函数返回时，出了函数作用域，如果返回对象还在(还没还给系统)，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。

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7. 传值和传引用效率分析

1. 作为函数返回值的比较

• 传值返回分析

首先,传值返回并不是单纯的将
返回值直接传给外面的变量
而是会生成一个中间变量的拷贝
这个中间变量再将值拷贝给外面的变量

(注:在栈帧创建与销毁有详细介绍)

画图理解:

然而传引用返回没有这么复杂的过程

综上所述:

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

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8. 引用和指针的联系

它们的联系:

1. 语法层面上

引用在语法概念上就是一个别名
和实体共用一份空间

2. 底层实现上

引用在底层实现上是有空间的
因为引用是按照指针的方式来实现的
也就是指针的底层汇编和引用一样
 

左边为引用,右边为指针:

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9. 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

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

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

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10. 总结以及拓展

总结:

总的来说,C++中更喜欢用引用
特别是在一些容器中,如:栈,队列
使用引用的效率会提高许多
在类和对象中引用也是重量级的存在
所以说引用十分的重要!

拓展:

C++中的空指针不用NULL
而是用nullptr来替代
(nullptr是关键字,使用时不用包头文件)

为了提高C++代码的可读性
在后续表示指针空值时
建议最好使用nullptr。

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🔎 下期预告:内联函数和auto关键字 🔍