做缺省参数
到这里,就会有一个疑问,引用可以做缺省参数吗?
void Func(int& x = 10) { cout << x << endl; } int main() { Func(); return 0; }
我们看上面一段代码,有没有什么问题,能否正常运行?
不能,会报错
图七
这是因为常引用,权限不能扩大只能缩小或平移,所以把函数声明中参数类型改为const int& x = 10即可。
做返回值
我们看下面一段代码
int& Count() { static int n = 0; n++; // ... return n; } int main() { int ret = Count(); cout << ret << endl; return 0; }
这段代码运行的结果是输出1,那么如果Count函数中没有static,会发生什么呢?
首先,我们要明确一点,static修饰的作用是将n放在了静态区,也就是说出了函数作用域不会被销毁,
P.S.空间销毁意味着什么?
空间销毁后空间还是在的,只是使用权不是我们的了,我们存的数据不再被保护。我们可以去进行访问,只是读写的数据是不确定的。
如果把static去掉,那么n就会存在函数Count的栈帧里面,我们当Count函数调用结束之后,n的空间就会被销毁。
这里再补充一点:函数在传值返回的时候,会生成一个临时变量,将返回值拷贝到这个临时变量中,然后再拷贝给我们需要赋值的变量。对于大小较小的值(类似于一个整形或者是地址)这个临时变量一般在寄存器中,如下图的汇编代码,但是对于较大的返回类型,比如一个结构,会提前在函数调用前在调用该函数的函数栈帧里创建一块空间,然后拷贝到块空间里面。
图八
OK,现在我们继续讨论刚刚n的问题,如果我们使用传引用返回的话,我们可以理解成创建了一个临时变量,但是这个临时变量是不开辟空间的,也就是n的别名,但是在函数调用结束以后,n的空间已经是销毁的,所以传回来的值就是不确定的。如图八,就可以证明,如果在调用结束以后,我们又调用了其他函数,那么这个位置的值就是被更改过的(其实最后输出的那个100本身是随机值,但是在VS2022中,这里被优化了,所以表现出来的值还是100)。
图九
结论:如果函数的返回对象在函数调用完毕之后,空间是没有返回给操作系统的,比如是在静态区创建的,就可以使用传引用返回,否则就不能使用传引用返回。
传引用返回的例子
在我们之前用C实现顺序表的时候实现了一个Modify的功能,用于修改顺序表中的值,但是,实现的具有局限性,如果我们现在的要求是将顺序表中所有的偶数值变成原来的二倍,这时候用Modify就非常复杂,但是,如果我们使用传引用返回,就可以做这样的优化
int SeqListSize(SeqList* ps) { assert(ps); return ps->size; } SLDataType& SeqListAt(SeqList* ps, size_t pos) { assert(ps); assert(pos < ps->size); return ps->a[pos]; }
通过这两个函数,我们就可以直接访问到顺序表中的数据,如下图:
图十
5. 传值与传引用的比较
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
我们看下面两段代码
struct A { int a[10000]; }; 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 < 1000000; ++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 < 1000000; ++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; }
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; }
这段代码就可以比较出来两种传递的的效率,我们运行后就可以看到
图十一
图十二
通过上述两段代码的比较,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。
6. 引用与指针的区别
在语法上,引用就是一个别名,创建时不开辟空间,和引用实体共用一块空间
在底层上,引用是通过指针的方式实现的,所以是开辟空间的
int main() { int a = 10; int& ra = a; ra = 20; int* pa = &a; *pa = 20; return 0; }
调试这段代码,我们查看它的汇编代码会发现
图十三
他们的汇编代码是相同的,也就证明引用的底层是用指针实现的。
引用和指针的不同点:
- 引用概念上定义一个变量的别名,指针存储一个变量地址。
- 引用在定义时必须初始化,指针没有要求
- 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
- 没有NULL引用,但有NULL指针
- 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)
- 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
- 有多级指针,但是没有多级引用
- 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
- 引用比指针使用起来相对更安全