【C++】引用详解
作者:阿润菜菜
专栏:C++
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本文目录
概念及用法
引用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。(C语言不支持引用)
规则:类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体 (引用类型必须和引用实体是同种类型的)
void TestRef()
{
int a = 10; //定义变量
int& ra = a;//<====定义引用类型
printf("a:%p\n", &a);
printf("a:%p\n", &ra); //二者打印地址值一样
}
特性
1. 引用在定义时必须初始化,且引用类型必须和引用实体是同种类型
2. 一个变量可以有多个引用
3. 引用一旦引用一个实体,再不能引用其他实体4. 对于常量定义引用 :const + 变量类型
如:
引用类型和引用实体不是同一种类型,编译器会报错;同时我们可以为一个变量定义多个引用,他们都共用同一块内存空间
void TestRef()
{
double d = 12.34;
//int& rd = d; // 该语句编译时会出错(类型不同)
int a = 10;
// int& ra; // 该条语句编译时会出错(未初始化)
int& ra = a; //一个变量可以有多个引用
int& rra = a;
printf("%p %p %p\n", &a, &ra, &rra);
}
对于常量的引用,我们需要在引用实体类型前加上 const
void TestConstRef()
{
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;
}
使用场景
1.做参数
void Swap(int& left, int& right)
{
int temp = left;
left = right;
right = temp;
}
2. 做返回值
int& Count()
{
static int n = 0;
n++;
// ...
return n;
}
注: 只适用于指针和引用 赋值/初始化操作 权限可以平移,但不能放大
从函数栈帧角度理解引用
首先看一段关于代码,输出什么结果?为什么?
int& Add(int a, int b)
{
int c = a + b;
return c;
}
int main()
{
int& ret = Add(1, 2);
Add(3, 4);
cout << "Add(1, 2) is :"<< ret <<endl;
return 0;
}
一般来说,用ret接收了Add函数的返回值,结果应该是1+2=3才是,但输出却是7(或者随机值取决于编译器),为什么? (注意引用和引用的变量共用同一块内存空间的性质)
预备知识:
1.函数运行时,系统需要给该函数开辟独立的栈空间,用来保存该函数的形参, 局部变量以及一些寄存器信息等
2.函数运行结束后,该函数对应的栈空间就被系统回收了
3.空间被回收指该块栈空间暂时不能使用,但是内存还在 比如:上课要申请教室,上完课之后教室归还给学校,但是教室本身还在,不能说归还了之后,教室就没有了
图解:
- 第一次Add函数运行结束后,该函数对应的栈空间就回收了。即int c变量就没有意义了。在main中ret引用Add函数返回值,实际应用的就是一块已经被释放的空间。
- 第二次Add函数运行结束后,该函数对应的栈空间同样被回收了。即int c变量没有意义了。注意空间被回收指的是空间不能使用了,但是空间本身还在,而ret引用的变量c 的位置值被修改成7了,因此打印出ret的值就改变了。
传值、传引用效率比较
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。
对于值和引用的作为返回值类型的性能比较:
我们用一段代码进行测试比较
#include <time.h>
struct A{ int a[10000]; };
A a;
// 值返回
A TestFunc1() { return a;}
// 引用返回
A& TestFunc2(){ return a;}
void TestReturnByRefOrValue()
{
// 以值作为函数的返回值类型
size_t begin1 = clock();
for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)
TestFunc1();
size_t end1 = clock();
// 以引用作为函数的返回值类型
size_t begin2 = clock();
for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)
TestFunc2();
size_t end2 = clock();
// 计算两个函数运算完成之后的时间
cout << "TestFunc1 time:" << end1 - begin1 << endl;
cout << "TestFunc2 time:" << end2 - begin2 << endl;
}
可以看到使用引用返回和值返回的所用时间差距还是较大的:
通过上述代码的比较,发现传值和指针在作为传参以及返回值类型上效率相差很大。
引用和指针的区别
在语法概念上引用就是一个别名,没有独立空间,和其引用实体共用同一块空间。
在底层实现上实际是有空间的,因为引用是按照指针方式来实现的。引用一定程度弥补了指针的“野蛮”。
引用只有声明,没有定义,一旦绑定不能再换(外号不能再给别人)。
看这段代码:
int main()
{
int a = 10;
int& ra = a;
ra = 20;
int* pa = &a;
*pa = 20;
return 0;
}
我们再来看下引用和指针的汇编代码对比:
可以发现在底层实现上,引用就是按照指针方式来实现的。
引用和指针不同点的总结:
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(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
本节完
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