前言

前面我们讲了C语言的基础知识，也了解了一些数据结构，并且讲了有关C++的命名空间的一些知识点以及关于C++的缺省参数、函数重载，也相信大家都掌握的不错，接下来博主将会带领大家继续学习有关C+＋的知识点——引用和内联函数。下面话不多说坐稳扶好咱们要开车了。

一、引用

1.引用的概念

在C++中，引用是一种用于简化变量操作的概念。通过引用，可以创建一个已存在变量的别名，用于在程序中对原变量进行操作，简单来说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。引用的使用方式是在变量声明时在其类型前加上&符号，例如:

int num = 10;
int& ref = num;// 引用声明和初始化

在上面的例子中，ref 是对 num 的引用，它们指向同一个内存位置。因此，对 ref 的操作实际上是对 num 的操作，它们完全等价。

类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体；

void TestRef()
{
    int a = 10;
    int& ra = a;//<====定义引用类型

    printf("%p\n", &a);
    printf("%p\n", &ra);
}

🚨注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的！！！

2.引用的特性

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
4.传递函数参数:通过引用传递函数参数，可以在函数内部修改原始变量的值，而无需进行拷贝。

3.常引用

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;

    double d = 12.34;
    //int& rd = d; // 该语句编译时会出错，类型不同
    const int& rd = d;
}

4.引用的使用场景

⭕做参数

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

⭕做返回值

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

🚨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。

5.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。

#include <time.h>
struct A{ int a[10000]; };

void TestFunc1(A a){}

void TestFunc2(A& a){}

void TestRefAndValue()
{
    A a;
    // 以值作为函数参数
    size_t begin1 = clock();
    for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)
        TestFunc1(a);
    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(a);
    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;
}

值和引用的作为返回值类型的性能比较

#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;
}

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。

6.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。

int main()
{
    int a = 10;
    int& ra = a;

    cout<<"&a = "<<&a<<endl;
    cout<<"&ra = "<<&ra<<endl;

    return 0;
}

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。

int main()
{
    int a = 10;

    int& ra = a;
    ra = 20;

    int* pa = &a;
    *pa = 20;

    return 0;
}

我们来看下引用和指针的汇编代码对比

引用和指针的不同点

🔴引用概念上定义一个变量的别名，指针存储一个变量地址。
🔴引用在定义时必须初始化，指针没有要求
🔴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
🔴没有NULL引用，但有NULL指针
🔴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)
🔴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

🔴有多级指针，但是没有多级引用

🔴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
🔴引用比指针使用起来相对更安全