5. C++ 引用

5.1 引用

参数的传递本质上是一次赋值的过程,赋值就是对内存进行拷贝。
所谓内存拷贝,是指将一块内存上的数据复制到另一块内存上。
对于像int、char等基本类型的数据,它们占用的内存往往只有几个字节,对它们进行内存拷贝非常快速。
而数组、结构体、对象是一系列数据的集合,数据的数量没有限制,可能很少,也可能成千上万,对它们进行频繁的内存拷贝可能会消耗很多时间,拖慢程序的执行效率。

所以我们在传递参数时常用指针,采用地址的操作方式
C++ 中,我们有了一种比指针更加便捷的传递聚合类型数据的方式,那就是引用(Reference)
在 C/C++ 中,我们将 char、int、float 等由语言本身支持的类型称为基本类型,将数组、结构体、类(对象)等由基本类型组合而成的类型称为聚合类型。

引用可以看做是数据的一个别名,通过这个别名和原来的名字都能够找到这份数据。引用类似于 Windows 中的快捷方式,一个可执行程序可以有多个快捷方式,通过这些快捷方式和可执行程序本身都能够运行程序;引用还类似于人的绰号(笔名),使用绰号(笔名)和本名都能表示一个人。

引用的定义方式类似于指针,只是用&取代了*,语法格式为:

数据类型 &变量名 = 变量名;

引用必须在定义的同时初始化,并且以后也要从一而终,不能再引用其它数据,这有点类似于常量(const 变量)。

引用演示:

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int a = 1;
    int &r = a;
    cout << a << ", " << r << endl;
    cout << &a << ", " << &r << endl;

    //通过引用修改变量的值
    r = 2;
    cout << a << ", " << r << endl;
    return 0;
}
image.png

注意:引用在定义时需要添加&,在使用时不能添加&,使用时添加&表示取地址。

如果不希望通过引用来修改原始的数据,那么可以在定义时添加 const 限制,形式为:

const 数据类型 &变量名 = 值;

也可以是:

数据类型 const &变量名 = 值;

这种引用方式为常引用
如果既要利用引用提高程序的效率,又要保护传递给函数的数据不在函数中被改变,就应使用常引用。


5.2 C++引用作为函数参数

#include <iostream>
using namespace std;

void swap(int &r1, int &r2);
int main() {
    int num1, num2;
    cin >> num1 >> num2;
    swap(num1, num2);
    cout << num1 << " " << num2 << endl;
    return 0;
}

//按引用传参
void swap(int &r1, int &r2) {
    int temp = r1;
    r1 = r2;
    r2 = temp;
}

5.3 C++引用作为函数返回值

include <iostream>

using namespace std;

int &add(int &num) {
num += 2;
return num;
}

int main() {
int a = 2;
int b = add(a);
cout << a << " " << b << endl;
return 0;
}

![image.png](https://upload-images.jianshu.io/upload_images/16823531-96429e4f7a11a010.png?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)

注意:引用作为函数返回值时应该注意不能返回局部数据(例如局部变量、局部对象、局部数组等)的引用,因为当函数调用完成后局部数据就会被销毁,有可能在下次使用时数据就不存在了,C++ 编译器检测到该行为时也会给出警告。

上述的例子中再添加一段代码
int &num1 = add(a);
int &num2 = add(num1);
cout << num1 << " " << num2 << endl;
![image.png](https://upload-images.jianshu.io/upload_images/16823531-ebe0ea4bf3a33981.png?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)
结果非常怪异,究其根本,函数是在栈上运行的,运行结束后会放弃对所有数据的使用,后面的函数调用会覆盖前面函数的数据。

关于引用注意几点:
1、不能返回局部变量的引用。
2、不能返回函数内部new分配的内存的引用
3、可以返回类成员的引用,但最好是const。
关于第三点(主要原因是当对象的属性是与某种业务规则相关联的时候,其赋值常常与某些其它属性或者对象的状态有关,因此有必要将赋值操作封装在一个业务规则当中。如果其它对象可以获得该属性的非常量引用(或指针),那么对该属性的单纯赋值就会破坏业务规则的完整性。)
4、在引用的使用中,单纯给某个变量取个别名是毫无意义的,引用的目的主要用于在函数参数传递中,解决大块数据或对象的传递效率和空间不如意的问题。
5、用引用传递函数的参数,能保证参数传递中不产生副本,提高传递的效率,且通过const的使用,保证了引用传递的安全性。
6、引用与指针的区别是,指针通过某个指针变量指向一个对象后,对它所指向的变量间接操作。程序中使用指针,程序的可读性差;而引用本身就是目标变量的别名,对引用的操作就是对目标变量的操作。
7、使用引用的时机。流操作符<<和>>、赋值操作符=的返回值、拷贝构造函数的参数、赋值操作符=的参数。
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