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  ? 专栏：《是C++，不是C艹》?

前言：

前面带大家学习了函数重载等C++基础，这期继续C++基础的学习：引用。

注：

你最好是学完了C语言，并学过一些初阶的数据结构。

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(没有目录) ヽ(￣ω￣(￣ω￣〃)ゝ 

Part1:何为引用

1.一个引子

不知道大家听没听过这个梗：

❓“抓捕周树人跟我鲁迅有什么关系”❓

这是《楼外楼》当中的一个桥段：

一个军官拿着逮捕令前去抓捕鲁迅的时候，鲁迅淡定地看了眼逮捕令，随即表示军官要抓的是周树人，和自己鲁迅没有关系。在鲁迅说完之后，军官居然真的相信并离开了。 

鲁迅先生巧妙地用别名自保，实在是高哇 ??? (那军官也是没文化)。

抓捕周树人跟我鲁迅有什么关系？ 在我们看来，当然有关系啦，鲁迅是周树人的笔名之一啊。

其实周树人还有很多很多笔名，大家可以自行查阅... ...

不管先生有多少笔名，都是指的一个人：周树人。

☝️这就有引用的意思，接下来进入正题：

2.概念

你单看引用，想到的是语文课上的一种手法：此处运用了引用的手法，引用了... ... 的话，... ...

这种理解方式是有大偏差的，应该理解为 “起别名” ： 

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。

重点是 不会为别名开辟内存空间。

引用的使用：

类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体；

        ☝️你以为是取地址？ 错，这是放在数据类型后面的 & ，?取地址区分开！

void TestRef()
{
	int a = 10;
	int& ra = a; // 定义引用类型

	printf("%p
", &a); // 输出a的地址
	printf("%p
", &ra); // 输出ra的地址
}

?️‍?️输出结果： 

可见 a 与 ra 是同一个变量，就像周树人和鲁迅指的是同一个人一样。

❓那我这样用行不行呢？

int a = 10;
char& ra = a; // 定义引用类型

❌可以看到报错： 

也就是说：

引用类型必须和引用实体是同种类型的

3.特征

int a = 10;
int& ra;

❓直接这样起别名会怎么样？

❌报错：

所以注意 引用在定义时必须初始化。 

像周树人那样有多个笔名，我们也可以起多个别名：

int& ra = a;
int& rra = a;

还有一个潜在的特征就是 一个引用只能对应一个实体，就像鲁迅就是指的是周树人。

?特征总结：

• 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，再不能引用其他实体 

4.常引用

什么是常引用呢？ 就是面向常量的引用嘛

给常量起别名那些事：

const int a = 10;
int& ra = a; 

❌报错：

也就是说给常量起别名时要用常引用：

const int a = 10;
// int& ra = a; // 该语句编译出错，a为常量
const int& ra = a; // 正确的

倒过来也一样：

int& b = 10; 
const int& b = 10;

❌报错：

const int& b = 10; // 正确的
// int& b = 10; // 该语句编译出错，b为常量
const int& b = 10;

 所以对待常量，引用也要使用常引用。

Part2:使用场景

学了引用，终归是要用于实践的，那么引用的使用场景有哪些呢？ 

1.做参数

没错，引用可以像指针那样做参数：
?例子：

void Swap(int& x, int& y)
{
	int temp = x;
	y = x;
	y = temp;
}

这是一个经典的交换函数，我们再看看指针版本的：

void Swap(int* x, int* y)
{
	int temp = *x;
	*y = *x;
	*y = temp;
}

但从形式上看，引用版的的却简洁，省去了解引用的步骤。

从效率上来看，也是引用版更胜一筹，因为引用变量不占用内存空间。

?所以传参时大家可以考虑引用。

2.做返回值

先给你一段代码体会一下：

int& Add(int a, int b)
{
	int c = a + b;
	return c;
}

int main()
{
	int& ret = Add(1, 2);
	cout << ret << endl;

	return 0;
}

引用是不占有内存的，直接返回 c 的别名

说到这里，你应该反应过来了，这段代码是有问题的：

❌错误：

① 存在非法访问，当 Add 函数调用结束，栈帧销毁，c 的空间还给操作系统，而 c 的引用被 ret 接收，还是会去访问 c 的空间；

② 如果 Add 的栈帧销毁后，空间被清理，c 取到的就是随机值，紧接着 ret 接收的就是随机值。当然取决于编译器啦 ~

再来看看下面这段代码：

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;

	return 0;
}

?️‍?️输出结果： 

嘿？我寻思我也没动 ret 啊，怎么变了？

? 因为再次调用了 Add 函数，这次调用覆盖了之前已经销毁的栈帧，由于返回的是 c 的引用，而不是 c 本身，所以 ret 被覆盖为最新的值。

这个角度来看，使用引用作返回值条件还挺苛刻。

?总结：

不要轻易使用引用作为返回值；

Part3:有关引用的探讨

1.传值，传引用效率比较

❓你可以先考虑下：传值和传引用作参数/返回值，谁的效率更高？

当然是传引用返回

?传值作参数/返回值，不是直接传递实参/返回变量，而是传递实参/返回变量的一份临时拷贝，因此直接传递实参/返回变量效率低下，参数/返回值越大越明显。

这里不妨测试一下两者的效率：

#include<iostream>
#include <time.h>
using namespace std;

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 < 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;
}

这段代码以函数结束时间来表示传参的效率

?️‍?️输出结果： 

 

不难看出，引用传参的效率杠杠滴。

?总结：

① 传引用作参数/返回值，有些场景下面，可以提高性能（大对象 + 深拷贝对象）。

② 传引用作参数/返回值，输出型参数和输出型返回值。

引用的使用特别多，是学习的重点。

2.引用和指针的区别

在开头的概念中就说到：

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。

引用：

int main()
{
	int a = 10;
	int& ra = a;

	cout << "&a = " << &a << endl;
	cout << "&ra = " << &ra << endl;
	return 0;
}

?️‍?️输出结果： 

不过这只是语法的层面上，那底层实现上呢？

我们可以两者汇编代码的区别：

int main()
{
	int a = 10;

	int& ra = a;
	ra = 20;

	int* pa = &a;
	*pa = 20;

	return 0;
}

 转到反汇编：

惊奇的是，反汇编中引用和指针的逻辑操作是相同的！

⚔️所以我们可以得出这样的结论：

引用是按照指针的方式来实现的，在底层实现上是有空间的。

明白了这点之后，再说一下引用和指针的区别： 

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；

 这个好理解的，给变量起别名的前提是给那个变量起呀，而指针就不需要。

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实体；

④ 没有NULL引用，但有NULL指针；

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个数(32位平台下占4个字节)

⑥ 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； 

⑦ 有多级指针，但是没有多级引用； 

 指针有一级指针，二级指针，三级指针等，而引用就是标定一个实体，不能再给别名起别名。

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； 

 这在一定程度上表明了引用的便利之处，果然C++比C语言省心呐。

⑨ 引用比指针使用起来相对更安全。 

 为什么这么说呢，因为指针当中有野指针，这是一种非常危险的存在，而引用就不会有这样的危险因素。

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总结： 

这篇博客从引用的基础概念开始，经历了引用的使用和相关探讨，相信你对引用有了一定的认知，这方面是C++的重点内容，要理解呀。

码文不易 

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