从C语言到C++②(第一章_C++入门_中篇)缺省参数+函数重载+引用(下)

简介: 从C语言到C++②(第一章_C++入门_中篇)缺省参数+函数重载+引用

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3.5 引用做传值返回

我们已经知道,普通的传值返回会生成一个临时变量了。

我们来试试引用的返回。

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()
{
    int& ret = Add(1, 2);
    cout << ret << endl;
    Add(10, 20);
    cout << ret << endl;  // 这里ret变成30了
 
    return 0;
}

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。


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

临时变量是右值(不可被修改),可以读但不能修改。

3.6关于引用的探讨

3.6.1比较传值和传引用的效率

那传值返回和传引用返回的区别是什么呢?


传引用返回速度更快。


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拷贝。


因此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(比如一些结构体)非常大时,效率就更低。


传值和传指针在作为传参以及返回值类型上效率相差十分悬殊。


引用的作用主要体现在传参和传返回值:


① 引用传参和传返回值,有些场景下面,可以提高性能(大对象 + 深拷贝对象)。


② 引用传参和传返回值,输出型参数和输出型返回值。


有些场景下面,形参的改变可以改变实参。


有些场景下面,引用返回,可以减少拷贝、改变返回对象。(了解一下,后面会学)


引用后面用的非常的多!非常重要!

3.6.2 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。

但是在底层的实现上:实际上是有空间的,因为引用是按照指针方式来实现的。

① 引用是在概念上定义一个变量的别名,而指针是存储一个变量的地址。

② 引用在定义时必须初始化,而指针是最好初始化,不初始化也不会报错。

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的实体。

④ 有空指针,但是没有空引用。

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数(64位平台下占8个字节)

⑥ 引用++即引用的实体增加1,指针++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加安全。

总结:指针使用起来更复杂一些,更容易出错一些。(指针和引用的区别,面试经常考察)

使用指针有考虑空指针,野指针等等问题,指针太灵活了,所以相对而言没有引用安全!

3.7常引用

如果既要利用引用来提高程序的效率,又想要保护传递给函数的数据不能在函数中被改变,

就应使用常引用。常引用就是在前面引用的语法前+const

语法:const 数据类型&  引用名 =  引用实体;

一共有三种情况:分别是权限的放大、保持权限不变、权限的缩小。

3.7.1 权限的放大

下面是一个引用的例子:

int main()
{
    int a = 10;
    int& ra = a;
 
    return 0;
}

如果对引用实体使用 const 修饰,直接引用会导致报错:

int main()
{
    const int a = 10;
    int& ra = a;
 
    return 0;
}

分析:导致这种问题的原因是,我本身标明了 const,这块空间上的值不能被修改。

我自己都不能修改,你 ra 变成我 a 的引用,意味着你修改 ra 可以修改我的 a,

这就是属于权限的放大问题,a 是可读的,你 ra 要变成可读可写的,当然不行。

那么如何解决这样的问题,我们继续往下看。

3.7.2 保持权限的一致

既然引用实体用了 const 进行修饰,我直接引用的话属于权限的放大,

我们可以给引用前面也加上 const,让他们的权限保持不变。

给引用前面加上 const:

int main()
{
    const int a = 10;
    const int& ra = a;
 
    return 0;
}

解读:const int& ra = a 的意思就是,我变成你的别名,但是我不能修改你。

这样 a 是可读不可写的,ra 也是可读不可写的,这样就保持了权限的不变。

如果我们想使用引用,但是不希望它被修改,我们就可以使用常引用来解决。

3.7.3 权限的缩小

如果引用实体并没有被 const 修饰,是可读可写的,

但是我希望它的引用不能修改它,我们可以用常引用来解决。

a 是可读可写的,但是我限制 ra 是可读单不可写:

int main()
{
    int a = 10;
    const int& ra = a;
 
    return 0;
}

解读:这当然是可以的,这就是权限的缩小。

举个例子,就好比你办身份证,你的本名是可以印在身份证上的,

但是你的绰号可以印在身份证上吗?

所以就需要加以限制,你的绰号可以被人喊,但是不能写在身份证上。

所以,权限的缩小,你可以理解为是一种自我约束

3.7.4 常引用的应用

举个例子:

假设 x 是一个大对象,或者是后面学的深拷贝的对象

那么尽量用引用传参,以减少拷贝。

如果 Func 函数中不需要改变 x,那么这里就尽量使用 const 引用传参。

void Func(int& x) 
{
    cout << x << endl;
}
 
int main()
{
    const int a = 10;
    int b = 20;  
 
    Func(a);  // 报错,涉及权限的放大
    Func(b);  // 权限是一致的,没问题
 
    return 0;
}

加 const 后,让权限保持一致:

// "加上保持权限的一致"
void Func(const int& x) 
{
    cout << x << endl;
}
 
int main()
{
    const int a = 10;
    int b = 20;  
 
    Func(a);  // 权限是一致的
    Func(b);  // 权限的缩小
 
    return 0;
}


解读:如此一来,a 是可读不可写的,传进 Func 函数中也是可读不可写的,


就保持了权限的一致了。b 是可读可写的,刚才形参还没使用 const 修饰之前,


x是可读可写的,但是加上 const 后,属于权限的缩小,x 就是可读但不可写的了。


所以说引用做参数时和以前一样(甚至更建议)函数中不改变参数的值时,在前面+const


常引用后期会用的比较多,现在理解的不深刻也没关系,早晚的事情。


后面讲类和对象的时候会反复讲的,印象会不断加深的。

3.7.5 带常性的变量的引用

先看代码:

int main()
{
    double d = 3.14;
    int i = d;
 
    cout << d << "  " << i << endl;//输出了3.14  3
    return 0;
}

这里的 d 是可以给 i 的,这个在C语言里面叫做 隐式类型转换

它会把 d 的整型部分给 i,浮点数部分直接丢掉。

但是我在这里加一个引用呢?

int main()
{
    double d = 3.14;
    int& i = d;  // 我能不能用i去引用d呢?
 
    return 0;
}

运行结果:(报错)

直接用 i 去引用 d 是会报错的,思考下是为什么?

这里可能有的朋友要说,d 是浮点型,i 是整型啊,会不会是因为类型不同导致的?

但是奇葩的是 —— 如果我在它前面加上一个 const 修饰,

却又不报错了,这又是为什么?

int main()
{
    double d = 3.14;
    const int& i = d;  // ??? 又可以了
 
    cout << d << "  " << i << endl;//输出了3.14  3
    return 0;
}

解析:因为 内置类型产生的临时变量具有常性,不能被修改。

隐式类型转换不是直接发生的,而是现在中间产生一个临时变量。

是先把 d 给了临时变量,然后再把东西交给 i 的:

如果这里用了引用,生成的是临时变量的别名,

又因为临时变量是一个右值,是不可以被修改的,所以导致了报错。

结论:如果引用的是一个带有常性的变量,就要用带 const 的引用。

3.7.6 常引用做参数

前面提到过:使用引用传参,如果函数中不改变参数的值,建议使用 const 引用

举个例子:

一般栈的打印,是不需要改变参数的值的,这里就可以加上 const

void StackPrint(const struct Stack& st) {...}

const 数据类型&  可以接收各种类型的对象。


使用 const 的引用好处有很多,如果传入的是 const 对象,就是权限保持不变;


普通的对象,就是权限的缩小;中间产生临时变量,也可以解决。


因为 const 引用的通吃的,它的价值就在这个地方,如果不加 const 就只能传普通对象。


又到了枯燥的学习知识点的阶段,如果想深入学习的话要学的东西还是多啊。


修炼内功,修炼内功

本篇完。

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