概念及用法

引用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。（C语言不支持引用）

规则：类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体（引用类型必须和引用实体是同种类型的）

void TestRef()
{
int a = 10; //定义变量
int& ra = a;//<====定义引用类型
printf("a:%p\n", &a);
printf("a:%p\n", &ra); //二者打印地址值一样
}

特性

1. 引用在定义时必须初始化，且引用类型必须和引用实体是同种类型
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

4. 对于常量定义引用：const + 变量类型

如：

引用类型和引用实体不是同一种类型，编译器会报错；同时我们可以为一个变量定义多个引用，他们都共用同一块内存空间

void TestRef()
{
double d = 12.34;
//int& rd = d; // 该语句编译时会出错（类型不同）
int a = 10;  
// int& ra; // 该条语句编译时会出错（未初始化）
int& ra = a; //一个变量可以有多个引用
int& rra = a;
printf("%p %p %p\n", &a, &ra, &rra);
}

对于常量的引用，我们需要在引用实体类型前加上 const

void TestConstRef()
{
const int a = 10;
//int& ra = a; // 该语句编译时会出错，a为常量
const int& ra = a;
// int& b = 10; // 该语句编译时会出错，b为常量
const int& b = 10;
}

使用场景

1.做参数

void Swap(int& left, int& right)
{
int temp = left;
left = right;
right = temp;
}

2. 做返回值

int& Count()
{
static int n = 0;
n++;
// ...
return n;
}

从函数栈帧角度理解引用

首先看一段关于代码，输出什么结果？为什么？

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) is :"<< ret <<endl;
    return 0;
}

一般来说，用ret接收了Add函数的返回值，结果应该是1+2=3才是，但输出却是7，为什么？（注意引用和引用的变量共用同一块内存空间的性质）

预备知识：
1.函数运行时，系统需要给该函数开辟独立的栈空间，用来保存该函数的形参，局部变量以及一些寄存器信息等
2.函数运行结束后，该函数对应的栈空间就被系统回收了
3.空间被回收指该块栈空间暂时不能使用，但是内存还在 比如:上课要申请教室，上完课之后教室归还给学校，但是教室本身还在，不能说归还了之后，教室就没有了

图解：

第一次Add函数运行结束后，该函数对应的栈空间就回收了。即int c变量就没有意义了。在main中ret引用Add函数返回值，实际应用的就是一块已经被释放的空间。
第二次Add函数运行结束后，该函数对应的栈空间同样被回收了。即int c变量没有意义了。注意空间被回收指的是空间不能使用了，但是空间本身还在，而ret引用的变量c 的位置值被修改成7了，因此打印出ret的值就改变了。

注意： 如果函数返回时，出了函数作用域，如果返回对象还在 ( 还没还给系统 ) ，则可以使用 引用返回，如果已经还给系统了，则必须使用传值返回。

传值、传引用效率比较

以值作为参数或者返回值类型，在传参和返回期间，函数不会直接传递实参或者将变量本身直接返回，而是传递实参或者返回变量的一份临时的拷贝，因此用值作为参数或者返回值类型，效率是非常低下的，尤其是当参数或者返回值类型非常大时，效率就更低。

对于值和引用的作为返回值类型的性能比较：

我们用一段代码进行测试比较

#include <time.h>
struct A{ int a[10000]; };
A a;
// 值返回
A TestFunc1() { return a;}
// 引用返回
A& TestFunc2(){ return a;}
void TestReturnByRefOrValue()
{
 // 以值作为函数的返回值类型
 size_t begin1 = clock();
 for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)
 TestFunc1();
 size_t end1 = clock();
 // 以引用作为函数的返回值类型
 size_t begin2 = clock();
 for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)
 TestFunc2();
 size_t end2 = clock();
 // 计算两个函数运算完成之后的时间
 cout << "TestFunc1 time:" << end1 - begin1 << endl;
 cout << "TestFunc2 time:" << end2 - begin2 << endl;
}

可以看到使用引用返回和值返回的所用时间差距还是较大的：

通过上述代码的比较，发现传值和指针在作为传参以及返回值类型上效率相差很大。

引用和指针的区别

在语法概念上引用就是一个别名，没有独立空间，和其引用实体共用同一块空间。

在底层实现上实际是有空间的，因为引用是按照指针方式来实现的。

看这段代码：

int main()
{
int a = 10;
int& ra = a;
ra = 20;
int* pa = &a;
*pa = 20;
return 0;
}

我们再来看下引用和指针的汇编代码对比：

可以发现在底层实现上，引用就是按照指针方式来实现的。

引用和指针不同点的总结：

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

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

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

9. 引用比指针使用起来相对更安全