帶你了解C++初階之引用
一、 引用概念
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，語(yǔ)法理解上程序不會(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
比如：李逵，在家稱為"鐵牛"，江湖上人稱"黑旋風(fēng)"
類型& 引用變量名(對(duì)象名) = 引用實(shí)體
int main()
{
//有一塊空間a,后面給a取了三個(gè)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(shí)體不是同類型(這里有爭(zhēng)議————char a = b[int類型],留個(gè)懸念,下面會(huì)解答)
//會(huì)被修改
c = 20;
d = 30;
return 0;
}
注意
- 引用類型必須和引用實(shí)體是同種類型
- 注意區(qū)分 ‘&’ 取地址符號(hào)
二、 引用特性
- 引用在定義時(shí)必須初始化
- 一個(gè)變量可以有多個(gè)引用
- 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& e;//err
int a = 10;
int& b = a;
//這里指的是把c的值賦值于b
int c = 20;
b = c;
return 0;
}
三、 常引用
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;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只能讀不能寫(xiě)
b = 30;
//c = 30;//err
//b、c分別起的別名的權(quán)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(yǔ)句編譯時(shí)會(huì)出錯(cuò)，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了(隱式類型轉(zhuǎn)換)，而給h起一個(gè)double類型的別名卻不行————如果是僅僅是類型的問(wèn)題那為啥加上const就行了？
//double i = h;并不是直接把h給i,而是在它們中間產(chǎn)生了一個(gè)臨時(shí)變量(double類型、常量),并利用這個(gè)臨時(shí)變量賦值
//也就是說(shuō)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(shí)變量(doublde類型)的別名,但是這個(gè)臨時(shí)變量是一個(gè)常量,這也解釋了為啥需要加上const
}
小結(jié)
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(xiě)的權(quán)限 (const int -> const int 或 int -> const int)，而不能放大你讀寫(xiě)的權(quán)限 (const int -> int)
2.別名的意義可以改變，并不是每個(gè)別名都跟原名有一樣的權(quán)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(zhuǎn)換后具有常性了
常引用的意義 (舉例棧)
typedef struct Stack
{
int* a;
int top;
int capacity;
}ST;
void InitStack(ST& s)//傳引用是為了形參的改變影響實(shí)參
{//...}
void PrintStack(const ST& s)//1.傳引用是為了減少拷貝 2. 同時(shí)保護(hù)實(shí)參不會(huì)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(jié)
1.函數(shù)傳參如果想減少拷貝使用引用傳參，如果函數(shù)中不改變這個(gè)參數(shù)最好使用 const 引用傳參
2.const 引用的好處是保護(hù)實(shí)參，避免被誤改，且它可以傳普通對(duì)象也可以傳 const 對(duì)象
四、 使用場(chǎng)景
1、做參數(shù)
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(shí)參，可以用指針或者引用解決
意義：指針實(shí)現(xiàn)單鏈表尾插 || 引用實(shí)現(xiàn)單鏈表尾插
指針
引用
void SListPushBack(SLTNode*& phead, int x)
{
//這里phead的改變就是plist的改變
}
void TestSList2()
{
SLTNode* plist = NULL;
SListPushBack(plist, 1);
SListPushBack(plist, 2);
}
有些書(shū)上喜歡這樣寫(xiě) (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(shù)里的 return c; —— 傳值返回，臨時(shí)變量作返回值。如果比較小，通常是寄存器；如果比較大，會(huì)在 main 函數(shù)里開(kāi)辟一塊臨時(shí)空間
怎么證明呢
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(yàn)證 Add 函數(shù)的返回值是先存儲(chǔ)在臨時(shí)空間里的
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(jié)果是不確定的，因?yàn)?Add 函數(shù)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(jī)值，跟平臺(tái)有關(guān)系 (具體是平臺(tái)銷毀棧幀時(shí)是否會(huì)清理?xiàng)臻g)，所以這里的這種寫(xiě)法本身就是越界的 (越界抽查不一定報(bào)錯(cuò))、錯(cuò)誤的
發(fā)現(xiàn)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?cè)?VS 下運(yùn)行，可以得出編譯器并沒(méi)有清理?xiàng)?，那么這里進(jìn)一步驗(yàn)證引用返回的危害
雖然能正常運(yùn)行，但是它是有問(wèn)題的
小結(jié)引用做返回值
1.出了 TEST 函數(shù)的作用域，ret 變量會(huì)銷毀，就不能引用返回
2. 出了 TEST 函數(shù)的作用域，ret 變量不會(huì)銷毀，就可以引用返回
3.引用返回的價(jià)值是減少拷貝
觀察并剖析以下代碼
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(shù)參數(shù)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(shù)參數(shù)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(shù)參數(shù)size_t begin2 = clock();for (size_t i = 0; i < 10000; ++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;}void TestReturnByRefOrValue(){// 以值作為函數(shù)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(shù)的返回值類型size_t begin2 = clock();for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)TestFunc4();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(){//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(shù)參數(shù)
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(shù)參數(shù)
size_t begin2 = clock();
for (size_t i = 0; i < 10000; ++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;
}
void TestReturnByRefOrValue()
{
// 以值作為函數(shù)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(shù)的返回值類型
size_t begin2 = clock();
for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)
TestFunc4();
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()
{
//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(shù)或者返回值類型，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)或者返回值類型，效率是非常低下的，尤其是當(dāng)參數(shù)或者返回值類型非常大時(shí)，效率就更低
六、 引用和指針的區(qū)別
1.語(yǔ)法概念
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
指針變量是開(kāi)辟一塊空間，存儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)
引用和指針是一樣的，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;
}
這里我們對(duì)比一下 VS 下引用和指針的匯編代碼可以看出來(lái)他倆是同根同源
引用和指針的不同點(diǎn)：
1、引用在定義時(shí)必須初始化，指針沒(méi)有要求
2、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)同類型實(shí)體
3 、沒(méi)有 NULL 引用，但有 NULL 指針
4、在 sizeof 中含義不同：引用結(jié)果為引用類型的大小，與類型有關(guān)；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)字節(jié)，64 位平臺(tái)下占 8 個(gè)字節(jié))，與類型無(wú)關(guān)
5、引用自加即引用的實(shí)體增加 1，與類型無(wú)關(guān)，指針自加即指針向后偏移一個(gè)類型的大小，與類型有關(guān)
6、有多級(jí)指針，但是沒(méi)有多級(jí)引用
7、訪問(wèn)實(shí)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(lái)相對(duì)更安全，指針容易出現(xiàn)野指針、空指針等非法訪問(wèn)問(wèn)題
總結(jié)
本篇文章就到這里了，希望能夠給你帶來(lái)幫助，也希望您能夠多多關(guān)注腳本之家的更多內(nèi)容!
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