一、引用
1.1 什么是引用？
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。简单来说就是，比如张三，在学校的外号可能叫小张，但是本质上张三和小张都是同一个人，小张只不过是张三的别名而已。
如何定义引用：
类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体
例如：int a=10; int& b=a;
那么b就是a的引用。b和a都是指向同一块空间，也就是说，改变a的同时也会改变b，相反，改变b也会改变a。
注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的。
1.2 引用的特性
- 引用在定义时必须初始化
- 一个变量可以有多个引用
- 引用一旦引用一个实体，不能再引用其他实体
int main() { int a = 10; //int& b;//这种写法是错误的，引用在定义的时候必须初始化 int& b = a;//这种写法才是正确的 int x = 20; int& y = x; int& z = x; printf("%p\n", &x); printf("%p\n", &y); printf("%p\n", &z); return 0; }
1.3 常引用
1.4 引用的使用场景
- 引用可以做参数
- 引用也可以做返回值
1、引用做参数：
相信大家对C语言的指针都已经相当的熟悉了，指针传参也是用得非常多了，但是应该在指针的使用上也吃过不少亏了，指针传参确实可以较少拷贝，提高效率，但是指针使用起来还是非常的繁琐的，传参的时候要取地址，访问的时候要解引用等等。正是基于这样的一些原因，C++才增加了引用，引用做参数既能做到减少拷贝，使用起来又比较简单，不容易出错。用引用做参数可以说是既拥有了指针的优点，又弥补了指针使用复杂的缺点，堪称完美。
下面我们就来看看如何用引用做参数：
//用指针做参数 void swap1(int* x, int* y) { int tmp = *x; *x = *y; *y = tmp; } //用引用做参数 //引用传参的x是a的引用，y是b的引用 //也就是说x就是a，y就是b，所以在函数 //里面直接交换即可，改变x和y就是改变 //a和b，能达到交换a和b的结果 void swap2(int& x, int& y) { int tmp = x; x = y; y = tmp; } int main() { int a = 10; int b = 20; cout << "a=" << a << " b=" << b << endl; //用指针做参数 swap1(&a, &b); cout << "a=" << a << " b=" << b << endl; //用引用做参数 swap2(a, b); cout << "a=" << a << " b=" << b << endl; return 0; }
引用可以作为输出型参数。
引用做参数，可以减少拷贝，提高效率。
2、引用做返回值（重点）
以下这段代码的输出结果是多少？
int& Add(int a, int b) { int c = a + b; return c; } int main() { int& ret = Add(10, 20); Add(5, 5); cout << "Add(10, 20) is :" << ret << endl; return 0; }
有人说：“这还不简单吗？10+20当然等于30啊！”确实10+20=30是没错的，但是这里的运行结果真的是30吗？我们来看一下。
这是个什么情况？10+20=10？看来数学是体育老师教的实锤了哈哈哈。我们看一下到底是什么原因导致这个10+20会等于10。
特别需要注意：函数返回时，出了函数作用域，如果返回对象还在(还没还给操作系统)，则可以使用引用返回，如果已经还给操作系统了，则必须使用传值返回。（切记）
1.5 传值和传引用效率比较
1.5.1 传值和传引用做参数的性能对比
以值作为参数或者返回值类型，在传参和传返回值期间，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。比如说返回值是一个很大的对象的时候，拷贝的消耗就太大了。
struct A { int a[10000] = { 0 }; }; void TestFunc1(A a) {} void TestFunc2(A& a) {} void TestRefAndValue() { A a; // 以值作为函数参数 size_t begin1 = clock(); for (size_t i = 0; i < 100000; ++i) { TestFunc1(a); } size_t end1 = clock(); // 以引用作为函数参数 size_t begin2 = clock(); for (size_t i = 0; i < 100000; ++i) { TestFunc2(a); } size_t end2 = clock(); // 分别计算两个函数运行结束后的时间 cout << "TestFunc1(A)-time:" << end1 - begin1 << endl; cout << "TestFunc2(A&)-time:" << end2 - begin2 << endl; } int main() { TestRefAndValue(); return 0; }
1.5.2 传值和传引用做返回值的性能对比
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; }
通过上述代码的比较，明显看到传值和传引用做参数或者返回值的时候效率相差很大，显然传引用是更高效的，因为传引用可以减少拷贝。
1.6 引用和指针之间的区别
在语法层面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。实际在底层实现上是有空间的，因为引用是按照指针方式来实现的。
引用和指针的不同点：
- 引用在概念上是变量的一个别名，指针变量是存储了这个变量的地址。
- 引用在定义是必须初始化，指针不一定要初始化。
- 引用一旦有了它引用的实体之后就不能修改，即不能再引用别的实体，但是指针可以先指针一个变量，后指向另一个变量。
- 引用不能有空引用，但是可以有空指针。
- 引用在sizeof下的大小是这个引用的实体的大小，但是指针是固定大小的，在32位平台下是4个字节，在64位下是8个字节。
- 引用的自加是引用的实体的值增加1，而指针自加即指针向后偏移一个类型的大小。
- 有多级指针，但是没有多级引用。
- 访问实体的方式不同，指针访问实体需要显示地解引用，引用访问实体由编译器处理。
- 引用比指针使用起来更安全，例如引用不会存在越界引用等等的问题。
