【C++】C++引用(下)

简介: 【C++】C++引用(下)

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

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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。

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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)。

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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:

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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

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图十一

e32e8507da6495a13f7b0975ebe43905.png

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


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

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

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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:

  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
  4. 一个同类型实体
  5. 没有NULL引用,但有NULL指针
  6. 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
  7. 位平台下占4个字节)
  8. 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
  9. 有多级指针,但是没有多级引用
  10. 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
  11. 引用比指针使用起来相对更安全
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