【引用】引用的概念与基本使用原则

学习导航

一、引用的基本介绍
二、引用的基本特性
三、引用的基本原则
- ①引用类型和引用实体类型相同
- ②引用类型和引用实体类型不同
四、引用的基础应用
- ①对标传址操作
- ②作为返回值

一、引用的基本介绍

什么是引用？通俗的讲，引用就是"取别名"，我们看下面的例子：

可以看到，引用并不会开辟新的空间。

二、引用的基本特性

特性①：必须有初始化

特性②：一个变量可以有多个引用

可以给别名取别名，但本质上都是对a的引用
特性③：一旦引用了一个实体，就不能引用其他实体

可以看到，之后b不会再引用实体c，只能对b做赋值修改

三、引用的基本原则

①引用类型和引用实体类型相同

引用的一个极其重要的基本原则是：对变量实体的读写权限只能缩小不能放大。我们在接下来的例子中来说明这个原则。
引用可以引用常量吗？答案是可以的。但是我们需要加上const来保证读写权限没有被放大：

✪代码分析
我们来分析这段代码我们需要注意到，引用就是给实体取的别名，二者在地址上是一样的，对别名的修改也会改变实体的值，所以我们在取别名的时候就要保证对引用的读写权限没有扩大。就像上面的例子，10是一个只读变量，如果不加上const，那么就意味着可以通过a来修改常变量10，这显示是不行的。

②引用类型和引用实体类型不同

引用类型必须和引用实体是同种类型吗？不一定！怎么理解这个问题呢？我们可以类比我们在C语言中学到的隐式类型转化，我们来分析中间的过程：

int main()
{double d = 6.66;int a = d;
}

为什么可以将类型为double的变量赋值给类型为int的变量呢？实际上这个赋值过程不是一步到位的，而是存在一个 “中间变量”。这个中间变量接收d的整数部分，最后再把这个中间变量拷贝给a。需要注意的是，这个中间变量具有常属性。引用也是同样的道理：

✪代码分析
a并不是直接引用d，而是引用这个中间变量。由于中间变量具有常属性，所以前面必须加上const修饰避免扩大读写权限。

通过取地址我们可以确认a没有引用d，从而也间接说明了中间临时变量的存在。

四、引用的基础应用

①对标传址操作

void swap(int& a, int& b)
{int tmp = a;a = b;b = tmp;
}int main()
{int a = 10;int b = 20;swap(a, b);return 0;
}

正是由于引用和引用实体存在互相改变的关系，所以我们可以用引用来替代传值操作。拿我们C语言中常写的swap函数举例，这样写起来是不是更爽了呢？
但如果设计的函数中需要传入常数，那么就必须在参数前面加上const，否则存在扩大实体读写权限的风险。经过实际测试，引用的效率和传址的效率是差不多的。
相应的，一些输出型参数也可以用引用来实现，例如：

int* sortArray(int* nums, int numsSize, int* returnSize){}

returnSize是我们的输出型参数，在C语言中我们只能通过传址的方式实现，现在用引用也可以实现这样的效果。

②作为返回值

int& count()
{static int n = 0;n++;return n;
}

用引用作为返回值和传统的方式相比有什么好处呢？我们先来谈谈传统的方式是如何传递返回值的：

首先将预备返回的值存储到临时变量，再将临时变量拷贝给用于接收函数返回值的变量
预备返回的变量小则用寄存器存储，变量大则则创建函数栈帧的时候预先为返回值创建存储空间

如果我们使用引用，那我们根本就不需要额外的临时空间和额外的拷贝，因为我们是通过引用直接对实体进行操作的，这可以提供程序的效率。

但是引用作为返回值只适合返回值出作用域不销毁的情况，如上面static修饰的n变量，如果我们我们引用的变量出函数作用域销毁，那我们实际上通过引用创建了间接的“野指针”。

int& Add(int a, int b)
{int c = a + b;return c;
}int main()
{int& ret = Add(1, 2);Add(3, 4);cout << "Add(1, 2): " << ret << endl;cout << "Add(1, 2): " << ret << endl;return 0;
}

ret的值可能是随机值也可能不是，取决于这块空间有没有被重新覆盖和使用。cout函数栈帧的创建覆盖了Add函数的函数栈帧，所以ret的值变成随机值了

再来看几个变式：

int& Add(int a, int b)
{static int c;c = a + b;return c;
}int main()
{int& ret = Add(1, 2);Add(3, 4);cout << "Add(1, 2): " << ret << endl;cout << "Add(1, 2): " << ret << endl;return 0;
}

变量c用static修饰后，这块空间出函数作用域后不会被销毁，不用担心被其他函数栈帧所覆盖

int& Add(int a, int b)
{static int c = a + b;return c;
}int main()
{int& ret = Add(1, 2);Add(3, 4);cout << "Add(1, 2): " << ret << endl;cout << "Add(1, 2): " << ret << endl;return 0;
}

注意static语句只在初始化时执行一次