C++深入探究引用的使用

第C++深入探究引用的使用目錄一.引用的概念二.引用特性三.常引用四.使用場景1.做參數(shù)2.做返回值3.做返回值需要注意的問題五.傳值傳引用效率對比1.值和引用傳參時的效率比較2.值和引用的作為返回值類型的性能比較六.引用和指針

一.引用的概念

引用不是新定義一個變量，而是給已存在變量取了一個別名，編譯器不會為引用變量開辟內(nèi)存空間，它和它引用的變量共用同一塊內(nèi)存空間。

類型引用變量名(對象名)=引用實(shí)體；

如下：

voidTestRef()

inta=10;

intra=a;//====定義引用類型

printf("%p\n",

printf("%p\n",ra);

}

注意：引用類型必須和引用實(shí)體是同種類型的

二.引用特性

1.引用在定義時必須初始化

2.一個變量可以有多個引用

3.引用一旦引用一個實(shí)體，再不能引用其他實(shí)體

如下：

voidTestRef()

inta=10;

inta2=20;

//a的多個引用

intb=a;

intc=a;

intd=b;

intra;//該條語句編譯時會出錯，未初始化

intra=a2;//報錯，引用了其他實(shí)體

printf("%p%p%p%p\n",a,b,c,

}

三.常引用

voidTestConstRef()

constinta=10;

//intra=a;//該語句編譯時會出錯，a為常量

constintra=a;

//intb=10;//該語句編譯時會出錯，b為常量

constintb=10;

doubled=12.34;

//intrd=d;//該語句編譯時會出錯，類型不同

constintrd=d;

//intc=100;//該語句編譯時會出錯，常量是只讀的

constintc=100;

}

注意：

引用取別名原則：對原引用變量，讀寫權(quán)限只能縮小，不能放大

constinta=10;

intra=a;

編譯不通過，因為放大了權(quán)限，原引用本來是只讀，但是引用以后卻變成了可讀可寫

intb=10;

constintb=10;

編譯可以通過，因為縮小了權(quán)限，原引用本來是可讀可寫，引用后變成了只讀

doubled=12.34;

intrd=d;

編譯不通過，這里比較特殊，看起來是因為類型不同而報錯，其實(shí)不然，報錯是因為權(quán)限放大了，為什么？

int類型要引用double類型，double類型轉(zhuǎn)化到int類型屬于隱式類型轉(zhuǎn)換會舍棄小數(shù)位，隱式類型轉(zhuǎn)換會產(chǎn)生臨時變量，double類型到int類型會創(chuàng)建一個臨時變量存儲double變成了int類型的值，這里需要注意，這個臨時變量具有常性是只讀的，rd其實(shí)是引用了這個臨時變量，因為臨時變量是只讀的，引用了臨時變量的rd也應(yīng)該是只讀的，所以這就是為什么constintrd=d可以編譯通過。

intc=100;

編譯通過，因為常量本來就是只讀的，不加const代表引用后變成了可讀可寫，權(quán)限放大。

四.使用場景

1.做參數(shù)

voidSwap(intleft,intright)

inttemp=left;

left=right;

right=temp;

}

輸出型參數(shù)減少拷貝，提高效率

2.做返回值

intCount()

staticintn=0；

n++;

//...

returnn;

}

減少拷貝

（傳值返回需要拷貝數(shù)據(jù)，傳引用返回直接返回變量的別名）

3.做返回值需要注意的問題

首先，我們要知道當(dāng)函數(shù)返回一個值時，會生成一個臨時變量，而函數(shù)的返回類型就是這個臨時變量的類型

intAdd(inta,intb)

returna+b;

intCount()

staticintn=0；

n++;

returnn;

intmain()

inttemp=Add(2,3);

inttmp=Count();

return0;

}

以上代碼將a+b（n）的值賦值給臨時變量，臨時變量再賦值給temp（tmp），為什么要設(shè)置這個臨時變量？

其實(shí)很簡單，在這個代碼里是會有問題的，出了函數(shù)作用域a+b的值就已經(jīng)被銷毀了，需要一個臨時變量去儲存這個返回值，再去訪問那塊空間是非法的，而被static修飾的n由于它的生命周期變長了，即使出了函數(shù)也不會被銷毀

那么問題來了，以下代碼是正確的嗎？

intAdd(inta,intb)

intc=a+b;

returnc;

intmain()

intret=Add(1,2);

return0;

}

很明顯是有問題的！這里將c的引用返回，而一旦出了函數(shù)c就被銷毀了，這塊空間也被操作系統(tǒng)收回，再將c的引用賦值給ret就變成了非法訪問了，就變成了由引用造成的野指針

由上面的問題可以衍生出以下代碼：

這里的ret是什么？

intAdd(inta,intb)

intc=a+b;

returnc;

intmain()

intret=Add(1,2);

Add(3,4);

cout"Add(1,2)is:"retendl;

return0;

}

很明顯是7，ret是c的引用，由于出了函數(shù)以后這塊空間的使用權(quán)還給了操作系統(tǒng)，由于第二次函數(shù)調(diào)用仍然是在第一次函數(shù)調(diào)用的空間進(jìn)行棧幀的建立，因為ret的地址（ret的地址就是之前那塊臨時變量的地址）還是之前那個地址，所以由于第二次返回c時建立的臨時變量已經(jīng)變成了7，所以ret也變成了7

但是一定會是7嗎？其實(shí)不然，我們知道這塊空間的使用權(quán)還給了操作系統(tǒng)，這塊空間也有可能會被其他程序使用了，導(dǎo)致數(shù)值變成了不確定性，因為這里是直接馬上又調(diào)用了這個函數(shù)，所以會是7，所以，其實(shí)正確答案應(yīng)該是隨機(jī)值才對

看下面這個代碼就是典型的例子：

intAdd(inta,intb)

intc=a+b;

returnc;

intmain()

intret=Add(1,2);

Add(3,4);

cout"Add(1,2)is:"retendl;

cout"Add(1,2)is:"retendl;

return0;

}

這里的輸出語句其實(shí)也是調(diào)用了函數(shù)，由上面可知第一個是7，那么第二個呢？隨機(jī)值！因為進(jìn)行了第一次輸出后其實(shí)也是進(jìn)行了函數(shù)調(diào)用，函數(shù)調(diào)用會建立棧幀，在上一個輸出建立的棧幀處重新建立了棧幀，函數(shù)調(diào)用前需要先傳參，由于上一個輸出語句銷毀完棧幀以后ret地址處的值被覆蓋成隨機(jī)值，在第二次輸出語句中此時就會把這個隨機(jī)值作為參數(shù)傳過去給函數(shù)，導(dǎo)致輸出了隨機(jī)值，所以傳引用返回不是所有情況都可以使用的，像一開始加上了static關(guān)鍵字之類的才可以返回，因為n的生命周期變長了，出了函數(shù)作用域沒有被銷毀，取值都是去靜態(tài)區(qū)取數(shù)據(jù)。

結(jié)論：如果函數(shù)返回時，出了函數(shù)作用域，如果返回對象還未還給系統(tǒng)，則可以使用引用返回，如果已經(jīng)還給系統(tǒng)了，則必須使用傳值返回。

五.傳值傳引用效率對比

以值作為參數(shù)或者返回值類型，在傳參和返回期間，函數(shù)不會直接傳遞實(shí)參或者將變量本身直接返回，而是傳遞實(shí)參或者返回變量的一份臨時的拷貝，因此用值作為參數(shù)或者返回值類型，效率是非常低下的，尤其是當(dāng)參數(shù)或者返回值類型非常大時，效率就更低。

1.值和引用傳參時的效率比較

#includetime.h

structA{

inta[10000];

voidTestFunc1(Aa){}

voidTestFunc2(Aa){}

voidTestFunc3(A*a){}

voidTestRefAndValue()

Aa;

//以值作為函數(shù)參數(shù)

size_tbegin1=clock();

for(size_ti=0;i10000;++i)

TestFunc1(a);

size_tend1=clock();

//以引用作為函數(shù)參數(shù)

size_tbegin2=clock();

for(size_ti=0;i10000;++i)

TestFunc2(a);

size_tend2=clock();

//以指針作為參數(shù)

size_tbegin3=clock();

for(size_ti=0;i10000;++i)

TestFunc3(

size_tend3=clock();

//分別計算兩個函數(shù)運(yùn)行結(jié)束后的時間

cout"TestFunc1(A)-time:"end1-begin1endl;

cout"TestFunc2(A)-time:"end2-begin2endl;

cout"TestFunc2(A)-time:"end3-begin3endl;

}

2.值和引用的作為返回值類型的性能比較

#includetime.h

structA{inta[10000];};

//值返回

ATestFunc1(){returna;}

//引用返回

ATestFunc2(){returna;}

voidTestReturnByRefOrValue()

//以值作為函數(shù)的返回值類型

size_tbegin1=clock();

for(size_ti=0;i100000;++i)

TestFunc1();

size_tend1=clock();

//以引用作為函數(shù)的返回值類型

size_tbegin2=clock();

for(size_ti=0;i100000;++i)

TestFunc2();

size_tend2=clock();

//計算兩個函數(shù)運(yùn)算完成之后的時間

cout"TestFunc1time:"end1-begin1endl;

cout"TestFunc2time:"end2-begin2endl;

}

通過上述代碼的比較，發(fā)現(xiàn)傳值和指針在作為傳參以及返回值類型上效率相差很大。

六.引用和指針

在語法概念上引用就是一個別名，沒有獨(dú)立空間，和其引用實(shí)體共用同一塊空間。

intmain()

inta=10;

intra=a;

cout"a="aendl;

cout"ra="raendl;

return0;

}

在底層實(shí)現(xiàn)上實(shí)際是有空間的，因為引用是按照指針方式來實(shí)現(xiàn)的。

intmain()

inta=10;

intra=a;

ra=20;

int*pa=

*pa=20;

return0;

}

我們來看下引用和指針的匯編代碼對比：

引用和指針的不同點(diǎn):

引用在定義時必須初始化，指針沒有要求（建議初始化）引用在初始化時引用一個實(shí)體后，就不能再引用其他實(shí)體，而指針可以在任何時候指向任何一個同類型實(shí)體沒有NULL引用，但有NULL指針在sizeof中含義不同：引用結(jié)果為引用類型的