💭 写在前面
本章将对C++的基础，引用 部分的知识进行讲解。
有些地方为了能够加深理解，我们会举几个比较有意思的栗子，在讲解的同时会适当的整活。
我觉得这篇博客是我目前写的最好的一篇，希望大家能看到底！
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Ⅰ. 引用的概念
0x00 引入话题
不知道大伙知不知道 "抓捕周树人跟我鲁迅有什么关系" 这个梗 ~
这段是2018年电视剧《楼外楼》中鲁迅先生的一段台词。剧中一个没文化的军官带着一批人要来抓捕周树人，鲁迅让他们拿出搜捕令，他们拿了出来，鲁迅看过之后就说：抓捕周树人和我鲁迅有什么关系？于是这群人都以为是抓错人了，就走了。
这一段其实是在嘲讽他们没有文化，连作家的笔名都不知道。
"抓捕周树人跟我鲁迅有什么关系" ，当然有关系了！哈哈哈哈哈哈。
后来这个军官才知道鲁迅是周树人的笔名，他们要抓的人正是鲁迅。
🔺 这个 "笔名" 其实就是引用，我们继续往下学习。
0x01 什么是引用
😂 第一次接触 "引用" 的概念时，直接看词去理解，真的会让人一脸懵逼……
但是如果用 "取别名" 或 "取绰号" 来理解，就没有那么难以理解了。
🤔 但是如果用 "取别名" 或 "取绰号" 来理解，就没有那么难以理解了。
📚 概念：引用就是给一个已经存在的变量取一个别名。
📜 语法：数据类型& 引用名 = 引用实体；
👆 这里的&可不是取地址啊！它是放在数据类型后面的&，一定要区分开来！
💬 代码演示：
#include <iostream> using namespace std; int main(void) { int ZhouShuRen = 1881; int& LuXun = ZhouShuRen; // 鲁迅就是周树人的引用 cout << ZhouShuRen << endl; cout << LuXun << endl; return 0; }
🚩 运行结果： 1881 1881
🔑 解读：
引用在语法层，我们要理解这里没有开新空间，就是对原来的取了一个新名称而已。
📌 注意事项：
① 引用并不是新定义一个变量，只是给一个变量取别名。
② 编译器不会为引用的变量开辟内存空间，它和它引用的变量会共用同一块内存空间。
0x02 引用的特性
引用在定义时必须初始化！
初始化时必须要指定清楚，你到底是要给谁取别名。
含糊不清是不行的，你都不知道要给谁取别名，你取他干甚呢？
💬 又到了大伙最爱的踩坑环节：
#include<iostream> using namespace std; int main(void) { int a = 10; int& b; // ❌ return 0; }
一个变量可以有多个引用。
一个人当然可以有多个绰号，所以一个变量也可以有多个别名。
💬 代码演示：（川普 川建国 懂王）
#include <iostream> using namespace std; int main(void) { int Trump = 2333; // 变量 int& ChuanJianGuo = Trump; // 引用1 int& DongWang = Trump; // 引用2 return 0; }
引用一旦引用了一个实体，就不能引用其他实体了。
int main(void) { int a = 10; int& ra = a; int b = 20; ra = b; // ? return 0; }
（这里取名为 ra，因为引用的英文是 reference，所以我后面命名变量时会简写为 r，或者 ref 来代表引用）
❓ 问号处是什么意思呢？这里是让 ra 变成 b 的别名，还是把 b 的值赋值给 ra 呢？
💡 这里是赋值，我们打开监视窗口看一下：
🔺 引用是不会变的，我们定义它的时候它是谁的别名，就是谁的别名了。
以后就不会改了，它是从一而终的！！！
💬 引用和指针是截然不同的，指针是可以改变指向的：
int main(void) { int a = 10; int* p1 = &a; int b = 20; p1 = &b; // 改变指针指向 return 0; }
🔑 解析：指针在这里就像极了渣男！
📚 这里再提一句，引用的底层其实就是指针。
你可以这么理解，引用他不想像以前那样做渣男了，于是回炉重造！
《重生之我不是渣男》，开始一生只爱一个人了！
Ⅱ. 引用的应用
0x00 引入
平常这么写其实没什么意义：
int a = 10; int& ra = a;
❗ 它真正有用的地方在于它能够做参数和做返回值。
0x01 引用做参数
我们在C语言教学中讲过 Swap 两数交换的三种方式。
我们当时用的最多的就是利用临时变量去进行交换。
如果把它写成函数形式就是这样：
void Swap(int* px, int* py) { int tmp = *px; *px = *py; *py = tmp; } int main(void) { int a = 10; int b = 20; Swap(&a, &b); // 传址 return 0; }
这里我们调用 Swap 函数需要传地址，
因为形参是实参的一份临时拷贝，改变形参并不会对实参产生实质性的影响。
💬 但是，我们学了引用之后我们就可以这么玩：
void Swap(int& ra, int& rb) { int tmp = ra; ra = rb; rb = tmp; } int main(void) { int a = 10; int b = 20; Swap(a, b); // 这里既没有传值，也没有传地址，而是传引用 return 0; }
🔍 监视结果如下：
❓ 是怎么做到交换的？
🔑 我们知道，形参是定义在栈帧里面的。
实际调用这个函数的时候，才会给 ra 和 rb 开空间。调用这个函数的时候，把实参传给形参。
那什么时候开始定义的？实参传给形参的时候开始定义的。
ra 是 a 的别名，rb 是 b 的别名，所以 ra 和 rb 的交换，就是 a 和 b 的交换。
因此，我们利用这一特点，就可以轻松实现两数的交换。
🔺 我们来梳理一下，顺带复习一下之前讲的函数重载。
💬 现在我们一共学了三种传参方式：传值、传地址、传引用。
#include<iostream> using namespace std; void Swap(int x, int y) { int tmp = x; x = y; y = tmp; } void Swap(int* px, int* py) { int tmp = *px; *px = *py; *py = tmp; } void Swap(int& rx, int& ry) { int tmp = rx; rx = ry; ry = tmp; } int main(void) { int a = 10; int b = 20; Swap(&a, &b); Swap(a, b); // 报错 ❌ return 0; }
这里 Swap(a，b) 为什么会报错呢？
这三个 Swap 是可以构成函数重载的，
只要不影响它的函数名修饰规则，就不会构影响！
换言之，修饰出来的函数名不一样，就支持重载！
void Swap(int x, int y); _Z4swapixiy void Swap(int* px, int* py); _Z4swaprxry void Swap(int& rx, int& ry); _Z4swappxpy
但是 Swap(a，b) 调用时存在歧义。调用不明确！
它不知道调用哪一个，是传值还是传引用，所以会报错。
当时再讲数据结构单链表的时候用的是二级指针，当时没有采用头结点的方式。
那么要传指针的地址，自然要用二级指针的方式接收。
现在我们学了引用，我们就可以试着用引用的方法来解决了（这里我们把 .c 改为 .cpp）
任何类型都是可以取别名的，指针也不例外：
int a = 10; int& ra = a; int* pa = &a; int*& rpa = pa
我们来看如何用引用的方法来实现！
💬 SList.h：
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <assert.h> typedef int SLNodeDataType; typedef struct SingleListNode { SLNodeDataType data; // 用来存放节点的数据 struct SingleListNode* next; // 指向后继节点的指针 } SLNode; void SListPrint(SLNode* pHead); void SListPushBack(SLNode*& rpHead, SLNodeDataType x); // ... 略
💬 SList.cpp：
#include "SList.h" /* 打印 */ void SListPrint(SLNode* pHead) { SLNode* cur = pHead; while (cur != NULL) { printf("%d -> ", cur->data); cur = cur->next; } printf("NULL\n"); } /* 创建新节点 */ SLNode* CreateNewNode(SLNodeDataType x) { //创建，开辟空间 SLNode* new_node = (SLNode*)malloc(sizeof(SLNode)); //malloc检查 if (new_node == NULL) { printf("malloc failed!\n"); exit(-1); } //放置 new_node->data = x; //存传入的数据 new_node->next = NULL; //next默认置空 return new_node; //递交新节点 } /* 尾插（指针的引用） */ void SListPushBack(SLNode*& rpHead, SLNodeDataType x) { //创建新节点 SLNode* new_node = CreateNewNode(x); //如果链表是空的 if (rpHead == NULL) { //直接插入即可 rpHead = new_node; } else { //找到尾结点 SLNode* end = rpHead; while (end->next != NULL) { end = end->next; //令end指向后继节点 } //插入 end->next = new_node; } }
🔑 解读： 这里的 SLNode*& rpHead 就是 pHead 的一个别名。
💬 Test.cpp：
#include "SList.h" // 这里我们不传二级指针了。 //void TestSList1() //{ // SLNode* pList = NULL; // SListPushBack(&pList, 1); // SListPushBack(&pList, 2); // SListPushBack(&pList, 3); // SListPushBack(&pList, 4); // // SListPrint(pList); //} // 使用引用的方法： // 我们传 指针的 引用！ void TestSList2() { SLNode* pList = NULL; SListPushBack(pList, 1); SListPushBack(pList, 2); SListPushBack(pList, 3); SListPushBack(pList, 4); SListPrint(pList); } int main() { TestSList2(); return 0; }
🔑 解读：这里我们采用引用的方法，调用 SListPushBack 时传递的就是 pList 的引用。
这里补充一下，为了能够更简单地表示，有些书上还有这种写法。
定义链表结构的时候 typedef 多定义一个 pSLNode*
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <assert.h> typedef int SLNodeDataType; // SLNodeDataType == int typedef struct SingleListNode { SLNodeDataType data; // 用来存放节点的数据 int data struct SingleListNode* next; // 指向后继节点的指针 } SLNode, *pSLNode; void SListPrint(pSLNode pHead); void SListPushBack(pSLNode& rpHead, SLNodeDataType x); // 这么一来，就会出现这种写法 👆 // 很多书上的写法是这样的，我们一开始讲链表的时候 // 因为当时还没有出C++的教学，所以没有用这种方法。
0x02 传值返回
讲引用返回前，我们需要做一点点铺垫。
💬 传值返回：
int Add(int a, int b) { int c = a + b; return c; } int main(void) { int ret = Add(1, 2); cout << ret << endl; return 0; }
🔑 解读：
这里 return 的时候会生成一个临时变量（c 为 3）
将 3 复制给这个临时变量，然后返回给 ret
如果我们直接把 c 交给 ret，就会出现一些问题。
如果直接取 c 给 ret，取到的是 3 还是 随机值，就要取决于栈帧是否销毁空间！
这个时候严格来说，其实都是非法访问了。
因为这块空间已经还给操作系统了，这就取决于编译器了。
有的编译器会清，有的编译器不会清，这就太玄学了！
所以，在这中间会生成一个临时变量，来递交给 ret 。
而不是直接用 c 作为返回值，造成非法访问。
所以这里不会直接用 c 作为返回值，而是生成一个临时变量。
那么问题来了，这个临时变量是存在哪里的呢？
① 如果 c 比较小（4或8），一般是寄存器来干存储临时变量的活。
② 如果 c 比较大，临时变量就会放在调用 Add 函数的栈帧中。
🔺 总结：所有的传值返回都会生成一个拷贝
（这是编译器的机制，就像传值传参会生成一份拷贝一样）
我们用 VS 来反汇编操作一下，加深理解：
🔑 解读：我们可以清楚的看到，确实是通过寄存器将 a + b 的结果交给 ret 的。
0x03 引用做返回值
我们已经知道，这里会生成一个临时变量了。
我们现在回到正题，我们来试试引用的返回。
💬 体会下面的代码：
#include <iostream> using namespace std; int& Add(int a, int b) { int c = a + b; return c; } int main(void) { int ret = Add(1, 2); cout << ret << endl; return 0; }
🔑 引用返回的意思就是，不会生成临时变量，直接返回 c 的别名。
❌ 这段代码存在的问题：
① 存在非法访问，因为 Add(1, 2) 的返回值是 c 的引用，所以 Add 栈帧销毁后，会去访问 c 位置空间。
② 如果 Add 函数栈帧销毁，清理空间，那么取 c 值的时候取到的就是随机值，给 ret 就是随机值，当前这个取决于编译器实现了。VS 下销毁栈帧，是不清空间数据的。
栈帧：C语言中，每个栈帧对应着一个未运行完的函数。栈帧中保存了该函数的返回地址和局部变量。
既然不清空间数据，那还担心什么呢？
💭 我们来看看下面这种情况：
#include <iostream> using namespace std; int& Add(int a, int b) { int c = a + b; return c; } int main(void) { int& ret = Add(1, 2); cout << ret << endl; Add(10, 20); cout << ret << endl; // 这里ret变成30了 return 0; }
🚩 运行结果：
🔑 解读：我们并没有动 ret，但是 ret 的结果变成了 30，因为栈帧被改了。
当再次调用 Add 时，这块栈帧的 "所有权" 就不是你的了。
我函数销毁了，栈帧就空出来了，新的函数覆盖了之前那个已经销毁的栈帧，
所以 ret 的结果变成 30 了。
似乎还是不太好理解，为了加深印象，我举个形象（奇葩）的例子：
其实，操作系统对内存空间的管理就像是房东一样。
我们使用的内存就好比是找房东租房子一样。
建立栈帧，函数调用完成后，把房子还给房东了。
但是你偷偷地把行李箱留在了房间里，
如果恰好没有人来住这个房间，你去取这个行李箱时完全没有问题的。
但是如果有人住了，新的租客没动你的行李箱，也不会有问题。
就怕这个新租客把你放在这的行李箱给丢了，甚至直接把你的行李箱占为己有了。
把你里面的衣服（数据）都给扔了，还把自己臭袜子放进去了。
这时你再回去取你的行李箱，取到的也只有臭袜子了，也不是你的衣服了。
🤣 呼呼啦啦说一大堆，结论就是：不要轻易使用引用返回！
❓ 那引用返回有什么存在的意义呢？等我们后面讲完类和对象后再细说。
🔺 总结：
日常当中是不建议用引用返回的，如果函数返回时，出了函数的作用域，
如果返回对象还未还给操作系统，则可以使用引用返回，如果已经还给操作系统了，
就不要用引用返回了，老老实实传值返回就行了。
通俗点说就是 —— 看返回对象还在不在栈帧内，在的话就可以使用引用返回。
💬 举个例子：静态变量，全局变量，出了作用域不会销毁
int& Count() { static int n = 0; n++; // ... return n; }
📌 注意事项：临时变量具有常性
#include <iostream> #define N 10 using namespace std; int& At(int i) { static int arr[N]; return arr[i]; // 返回的是数组的第i个的引用（别名） } int main(void) { // 写 for (size_t i = 0; i < N; i++) { At(i) = 10 + i; // 依次给 11 12 13 14…… 给 At } // 读 for (size_t i = 0; i < N; i++) { cout << At(i) << " "; // 获取值，但是只是打印 } cout << endl; return 0; }
🚩 运行结果如下：
具有常性，临时变量是右值（不可被修改），可以读但不能修改。
