【C++】引用’‘的深入解析

news2024/12/28 6:24:09

在这里插入图片描述

💐 🌸 🌷 🍀 🌹 🌻 🌺 🍁 🍃 🍂 🌿 🍄🍝 🍛 🍤
📃个人主页：阿然成长日记 👈点击可跳转
📆 个人专栏： 🔹数据结构与算法🔹C语言进阶
🚩 不能则学，不知则问，耻于问人，决无长进
🍭 🍯 🍎 🍏 🍊 🍋 🍒 🍇 🍉 🍓 🍑 🍈 🍌 🍐 🍍

文章目录

一、什么是引用
二、引用的表示及运算符重载
- 1.运算符重载
- 2.引用的表示方法
三、引用的本质
- 1.问题引入
- 2.结论
四、引用的三大特性
- 1.引用在定义时必须初始化
- 2.一个变量可以有多个引用
- 3.引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体
五、常引用
六、使用场景
- 1.做参数
- 2.做返回值
- - （1）传值：
  - （2）引用做返回值
七、引用导致野指针
- 对比1：
- 对比2：
八、传值和引用效率比较
九、引用与指针区别

一、什么是引用

🔸 那在我们日常的生活中每个人都或多或少存在一个"外号"，例如《西游记》中孙悟空就有诸多外号：美猴王，孙行者，齐天大圣等等。
🔸 那么在C++中，给一个已经存在的变量取别名，这就是引用。

二、引用的表示及运算符重载

1.运算符重载

重载是C++新增的机制，将语义和功能相似的函数用同一个名字表示，提高函数的通用性。通过重载，同一个运算符将会有不同的含义。编译器会通过上下文来确定运算符的含义。
除了这里所提到的，其实在C++中还有一些运算符重载的情况。

C语言	C++
&取地址	&引用

例如：* 即表示乘法，又表示对指针的解引用操作；<<即表示插入运算符，又表示按位左移运算符等。

2.引用的表示方法

类型 & 引用变量名或者对象名 = 引用实体；

🚩注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的

三、引用的本质

1.问题引入

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
	//引用：取别名
	int a = 10;
	int& b = a;//定义引用类型
	int& c = b;

	return 0;
}

执行上述代码，进行调试观察他们的内存，发现a,b,c所指向的是同一块内存空间。
在这里插入图片描述

2.结论

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。

四、引用的三大特性

1. 引用在定义时必须初始化
2. 一个变量可以有多个引用
3. 引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体

1.引用在定义时必须初始化

由于引用是对已经存在的变量进行取别名，因此使用引用时必须指定变量。

int main()
{
	int a = 10;
	int& b ;//定义引用类型
	return 0;
}

如上，没有为b指定变量，系统报错！
在这里插入图片描述

2.一个变量可以有多个引用

在C++语法中，一个变量有多个引用，就类似于一个人可以有多个外号。
例如：

int main()
{
	//引用：取别名
	int a = 10;
	int& b = a;//定义引用类型
	int& c = b;
	return 0;
}

a的引用有b，c两个。

3.引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体

这个也比较好理解，因为引用一旦引用了一个已经存在的实体，就是这个实体的别名，当然不能再成为其他实体的别名。

int main()
{
	//引用：取别名
	int a = 10;
	int m = 99;
	int& b = a;
	int& b = m;
	return 0;
}

上述代码，我们给b引用了变量a，又引用了变量m。
在这里插入图片描述

五、常引用

引用原则:对原变量的引用，权限不能放大。但可以缩小。

例如：

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

在这里插入图片描述

这段代码中x变量是const修饰是一个常变量，只有可读权限。而我们引用的类型是int，不仅有可读权限，还有可修改权限。这就造成了对原变量的权限放大。

六、使用场景

1.做参数

Swap函数中，x是a的别名，y是b的别名。

void Swap(int& x, int& y)
{
	int tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}
 
int main()
{
	int a = 0, b = 1;
	Swap(a, b);
	return 0;
}

以引用作为函数参数，效率更高。

2.做返回值

（1）传值：

int Count()
{
	static int n = 0;
	n++;
	return n;
}
int main()
{
	cout << Count() << endl;
	return 0;
}

底层逻辑：
在这里插入图片描述
因为在当临时变量出了函数作用域之后会销毁，函数栈桢也会销毁，那么此时n是不能作为返回值再赋值给ret的。那么编译器就在此生成了一个临时变量，把n拷给临时变量，再把临时变量给ret。此时，函数栈桢销毁是不会影响临时变量的。所以，传值是会拷贝一份临时变量。

（2）引用做返回值

int& Count()
{
	int n = 0;
	n++;
	cout <<"n的地址"<< & n << endl;
	return n;
}
int main()
{
	int& ret = Count();
	cout << "ret的地址" << &ret << endl;

	return 0;
}

在这里插入图片描述

这里可以这么认为，中间也会产生一个临时变量，这个临时变量tmp的类型为int&，此时这个临时变量是n的别名，再把临时变量赋给ret。返回的是一个n的别名，就相当于是把n返回给了ret。这里ret和n的地址相同，也能证明ret是n的别名。因此，引用作为返回值其实返回的就是n的别名。
还需要注意，函数调用完会销毁栈，但是此时的ret仍然指向的原来栈帧。这也引出了下面的问题

七、引用导致野指针

对比1：

使用变量ret接收返回值：int ret = Count();

int& Count()
{
	int n = 0;
	n++;
	cout <<"n的地址"<< & n << endl;
	return n;
}
int main()
{
	int ret = Count();
	cout << "ret1->" << ret << endl;
	cout << "ret2->" << ret << endl;
	cout << "ret3->" << ret << endl;
	return 0;
}

在这里插入图片描述
返回三次，结果相同！
这是因为，ret是一个变量，在main函数中，它已经接收到了Count函数的返回值一个int型的变量并保存起来。只要我们不去改动ret的值，不会变。

对比2：

使用引用接收返回值： int& ret = Count();

int& Count()
{
	int n = 0;
	n++;
	cout <<"n的地址"<< & n << endl;
	return n;
}
int main()
{
	int& ret = Count();
	cout << "ret1" << ret << endl;
	cout << "ret2" << ret << endl;
	cout << "ret3" << ret << endl;
	return 0;
}