一、引用🐅

1.1 引用概念🐱

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(理论上，实际并非如此，后面细说)，它和它引用的变量共用同一块内存空间。

引用，就好像给一个人取了个外号，就像古代的人有名和字，都是指代他这个人。

引用的使用： 类型& 引用变量名(对象名)=引用实体。

引用就是如此，它们指代的都是同一块空间，所以地址肯定是相同的。

不过需要注意的是：引用类型必须和引用实体是同种类型的。

1.2 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。(一个人可以有很多的外号)

3、引用只能指向一个空间，不能改为其他空间。

4、引用没有开辟空间，如果对它赋值，是改变了引用指向空间的内容。

5、不能利用引用去做链表，因为引用不能更改指向，在C++中，引用还没完全取代指针，而Java是可以脱离指针的。

1.3引用的使用🐱

①做参数😀

在C语言阶段我们要交换两个数的值，常常需要传他们的地址，通过地址来改变他们的值，在提出引用之后，我们不需要传地址了。

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

同样的，通过使用引用，我们有些地方可以没必要使用二级指针，从而使代码简化。

void SListPushBack(Node**pphead,int x)
void SListPushBack(Node*&pphead,int x)//这种方式

②做返回值😀

int& Count1()
{
  int n = 0;
  n++;
  return n;//引用返回
}
//传值返回
int& Count2()
{
  static int n = 0;
  n++;
  return n;//传值返回
}

Count1和Count2函数不同的区别：

在于Count1中n是局部变量，在栈上开辟的，而Count2中n是在静态区开辟的，不会随着函数的结束而销毁。

我们再来看一下它们被调用后可以观察到什么

这样的结果是意料之内的，因为Count1中的n随着函数结束而销毁，也就是它的空间不归我们使用，归还给了操作系统，我们可以通过引用找到那个空间，但是它可能已经被操作系统使用而值发生了变化，所以我们读写的数据是不确定的。所以在这里我们要注意，当使用引用做返回值的时候，返回的数不能在栈区，不能是局部变量，它可以在静态区或者堆。

在这里，我们可以再深入一点，看一下传值返回和传引用返回有什么不一样。

Count1返回的是引用，我们惊奇地发现，用int和int&接受它们的值也是不一样的，这似乎超乎我们的意料，不过如果我们知道函数的栈帧，再一分析就很好理解了。

为什么出现不一样的结果？

因为函数结束也就是栈帧销毁，会生成一个临时变量，如果临时变量比较小，就会存放再寄存器中，如果比较大，比如结构体，就会开辟一块空间，因为不可能直接传，因为空间已经被释放还给操作系统了。

所以这里ret接受的是n的拷贝，那么还有一个问题，int&类型的ret接受的是不是拷贝呢？其实也是拷贝，那为什么，它能找到那个空间呢？因为这里，最本质上是传了地址！如果诸位不相信，我们可以在编译器内部看一下引用和指针。

我们惊奇的发现真的好相似，所以引用在底层上实际也是指针实现的！

1.4Const引用和临时变量🐱

①引用权限的放大和缩小😀

权限的放大：

我们来看这段代码，为什么int& rb=b会出错呢？

这就是典型的引用的权限的放大，这里rb引用b的别名，b已经被const限制，而rb不被限制，rb是b的别名，rb可修改而b不可修改是不是不合理？

反之，如果合理，那么我给rb赋值，那么rb所指向的空间的内容被修改，而这个空间就是b，但是b被const限制，不能修改，是不是就起冲突了？

权限的缩小

我们再来看一下这段代码，这段代码中，被const限制的rra不能被修改，但是它可以引用a，只不过权限受限，而a不受限制。

启示：

1、指针和引用赋值中，权限可以平移，可以缩小，但是不能放大！类似于上级给你权力，它可以给你和他相同的，或者小于他的，但是不能高于他，这是一样的道理。

2、权限的放大和缩小，仅限于指针和引用，因为这两种都会影响到原来的数据。

3、如果不更改原来的数据，一般引用或者用指针做参数，一般都是用const加限制引用！

②临时变量的讲解😀

我们还是通过代码来看一下：

int main()
{
  double d = 10.28;
  int i = d;
  cout << (int)d << endl;
  return 0;
}

看了这段代码，我想问几个问题：

1、把浮点型d赋值给整型i，是把d强转为int后再赋值给i吗？

2、输出强转成整型的d，是真的把d给强转截断了吗？

显然不是，这里就涉及到了临时变量的概念，这里无论是把d赋给i，还是把d强转，都产生了临时变量，它对原来的数据进行拷贝，在int i=d中，临时变量就等于把d强转后的数，然后再赋给i。

这里为什么会出错呢？这要说到临时变量的一个特性，也就是常量性，临时变量是不可修改的，它是被const限制的，这里的赋值出错就是因为，临时变量对于d强转整型后的拷贝是常量，他不能被赋值给变量。

当我们用const加限制，使它变为常量后，就运行成功了！

总结一下临时变量的特点：

1、隐式类型转换、强制类型转换、截断、提升、函数栈帧的销毁都会产生临时变量。

2、临时变量具有常量性，不能被修改！

1.5 传值、传引用效率的比较🐱

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。

#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;
}
int main()
{
  TestReturnByRefOrValue();
  return 0;
}

我们很轻易就看出，传引用的效率要远高于传值的。

1.6 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。但是，上面博主就验证过了，实际并非如此。

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。

2. 引用 在定义时 必须初始化 ，指针没有要求，但是为了避免野指针，我们也要初始化指针。

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。

二、内联函数🐅

2.1概念🐱

以 inline修饰的函数叫内联函数，编译时C++编译器会在 调用内联函数的地方展开， 没有函数调用栈帧的开销，内联函数提升程序运行的效率。

不知道读者在看到对于内联函数的介绍时有没有感觉到很熟悉，对，它确实和我们在C语言阶段所学习的宏定义函数很相似。那么，可能有的读者比较困惑，为什么有了宏， 他也能替换，也能不调用函数，不消耗栈帧，那么引入内联函数的意义是什么呢？

我们在C语言阶段，学习的宏它确实有不少优点，比如说：它不需要调用，比函数运行更快；它直接替换；它是类型无关的等等。但是他也有不少缺点：

1、不能调试；

2、没有类型安全检查；

3、容易写出带有副作用的宏参数，比如x++等等；

4、写宏的时候经常需要考虑运算符优先级问题，会加上不少的括号，很容易出错。

内联函数就是C++提出解决这些问题的。

2.2内联函数在编译器的表现🐱

看到这里，可能有的读者就要发出疑问了，我们不是使用了内联函数吗，为什么还和普通函数一样需要call(调用)呢？

这是因为这是在debug模式下，编译器为了方便我们调试，而不发生替换。

如果在release模式下，编译器生成的汇编代码是不会存在call Add的。

在debug模式下，我们需要对编译器进行设置，否则不会展开(因为在debug模式下，编译器默认不会对代码进行优化)。

设置方式(vs 2019)：

设置之后我们再进行调试，就可以发现没有调用函数，而是直接发生了替换：