C++练级之初级：第四篇

引用

C++练级之初级：第四篇
- 1.引用
- - 1.1引用的介绍
  - 1.2引用的使用场景
  - 1.3常引用
- 2.引用的底层
- 3.引用的与指针的比较
总结

1.引用

1.1引用的介绍

🤔首先还是一个问题，引用是解决C语言什么不足？

在这里插入图片描述
指针在，这里传参和访问变量有点麻烦， 能不能简单一点？ 于是C++的大佬就发明了一种简单的语法：引用；

🤔🤔什么是引用？

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。

在这里插入图片描述
就像李逵的外号叫“黑旋风”，“铁牛”，“李鬼”等等，他们都是一个人，对别名操作就是对其本身操作；

在这里插入图片描述

🤔🤔🤔那么我们在用引用的时候有什么问题要注意的吗？

在这里插入图片描述

总结：

引用是对某个实体起别名，操作的是同一块空间；
引用类型必须和引用实体是同种类型的；
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，即对这个实体一直引用到最后；

注意： 这里不要和java搞混：java中的引用是可以改变指向的，C++中的引用是改变不了的，即一直是一个实体的别名；

1.2引用的使用场景

🤔既然了解了什么是引用，那么引用一般都用在什么地方呢？

引用做参数(输出型参数)

注解： 🤔🤔什么是输出型参数？
输出型参数：形参的改变影响实参；
输入型参数：形参的改变不影响实参；

在这里插入图片描述
在C语言中我们要实现这种输出型参数就一定要用指针，但是指针书写太麻烦，于是在C++中我们可以用引用类型作为形参来实现输出型参数；

1.1 引用做参数，可以提高效率(大对象/深拷贝类对象)

#include<iostream>
#include <time.h>
using namespace std;
struct A 
{ 
	int a[10000]; //40000byte
};
void TestFunc1(struct A a)
{

}
void TestFunc2(struct A& a)
{

}
void TestRefAndValue()
{
	struct A arr;//40000byte
	// 以值作为函数参数
	size_t begin1 = clock();
	for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)
		TestFunc1(arr);
	size_t end1 = clock();
	// 以引用作为函数参数
	size_t begin2 = clock();
	for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)
		TestFunc2(arr);
	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;
}

在这里插入图片描述

🤔🤔为什么在大对象或者深拷贝类对象，引用或者指针比传值调用的效率更高？

我们知道形参是对实参的一份临时拷贝，那么对于大对象而言，比如40000byte的数组，那么形参就会开销拷贝所用的时间，效率肯定要比传引用或者指针来的慢，因为传引用只需传别名，指针也只要传一个指针变量指向这块空间；

引用做返回值(提高效率)，返回后可以对返回值进行修改

#include<iostream>
#include <time.h>
using namespace std;
struct A 
{ 
	int a[10000]; 
};
struct A a;
struct A TestFunc1()
{
	return a;
}
struct A& TestFunc2()
{
	return a;
}
void TestRefAndValue()
{
	// 以值作为的返回值类型
	size_t begin1 = clock();
	for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)
		TestFunc1();
	size_t end1 = clock();
	// 以引用作为的返回值类型
	size_t begin2 = clock();
	for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)
		TestFunc2();
	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;
}

在这里插入图片描述

🤔🤔为什么在传大对象或者深拷贝类对象时，值返回的效率比引用返回的效率低？

注意：编译器是根据返回值类型来判断是否为值返回，若是值返回则都需要创建临时变量，临时变量可以是寄存器(返回的对象较小)

在这里插入图片描述

因为值返回需要创建临时变量，而引用返回不需要创建临时变量，直接返回别名，所以在返回大对象时，引用返回的效率比值返回的效率高；

🤔🤔🤔那么我们在引用返回时有什么注意点吗？

👇这两段代码有什么区别？

在这里插入图片描述

😁进入正题：

在这里插入图片描述

🤔🤔🤔这是为什么？

在这里插入图片描述

这个与这段代码类似：
在这里插入图片描述

解析：这里的ret接收到了n的地址，但是n这块空间被销毁了，只是vs并没有清理栈帧中的数据，所以通过n的地址可以访问到n，但这是侥幸访问的，因为右边的图可以看出，我们调用其他函数时，其他函数创建栈帧时就会覆盖那个栈帧的数据（覆盖），所以通过n的地址访问就是随机值，这种问题一般称为野指针的访问；

上面的问题类似(ret2访问的是一个销毁的变量)

如果test2函数结束，函数栈帧销毁(使用权还给操作系统)，没彻底清理栈帧，那么ret2的结果侥幸是正确的；
如果test2函数结束，函数栈帧销毁(使用权还给操作系统)，彻底清理栈帧，那么ret2的结果随机的；

总而言之，函数返回值为引用类型时，在vs中，函数栈帧销毁后(还给操作系统)，函数栈帧不会清理（变成0xcccccccc），所以用值来接收是侥幸正确的，因为是简单的赋值操作，但在其他编译器中可能是错的(函数栈帧销毁后直接清理)，那么用值来接收就会是随机值，在vs中如果用引用来接收更不推荐，因为下面一旦调用了其他函数，其他函数的栈帧就会覆盖上去，那么引用就会是随机值；