【C++初阶】：C++入门，引用概念及其性质
一、引用的概念
首先明确一下，引用不是定义一个新的变量，而是给已经存在的变量起一个别名，变量和他的引用是共用同一块内存空间。
C++中的引用就是和人的外号一样，人的本名和外号都是指同一个人。比如：李逵，在家称为"铁牛"，江湖上人称"黑旋风"。
二、引用的语法规则
类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体；
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
int a = 10;
int& b = a; // b是a的引用
cout << a << endl;
cout << b << endl;
return 0;
}
变量a 和它的引用b使用的是同一块内存空间
int main()
{
int a = 10;
int& b = a;
cout << &a << endl;
cout << &b << endl; // a 和 b 使用的是同一块内存空间
return 0;
}
int main()
{
int a = 10;
int& b = a;
b = 20;
cout << a << " " << b << endl;
return 0;
}
由于变量和变量的引用是使用的同一块内存地址，这意味着如果改变b，那么a也会随着b的改变而改变。
1、引用特性
1、引用在定义时必须初始化
void testref()
{
int a = 10;
int& b; // err 引用是必须初始化
}
2、一个变量可以有多个引用 一个变量被引用后，可以继续被引用，也可以引用变量的引用。
void testref02()
{
int a = 10;
int& b = a;
int& c = a; // 一个变量可以有多个引用
int& d = b; // 可以引用变量的引用
}3、引用一旦引用一个实体（变量），就不能在引用其他实体
void testref02()
{
int a = 10;
int b = 20;
int& c = a;
int& c = b; // c不可以重复引用
}
这里要和C/C++中的指针区分一下，指针可以改变指针指向的对象，但是引用不可以。
2、常引用
一般来说，引用只可以引用变量，不可以直接引用常量的。因为常量是不可以改变的。
void testref03()
{
int& a = 10; // err, 不可以引用常量
}
解决办法 想要引用常量的话，只要在引用的前面加一句const，加上const之后，引用就不可以发生改变。 除了上述情况，引用的类型不同也会导致编译不同过，这是因为在发生类型转化的过程中，会产生临时变量，而临时变量具有常性，和常量一样，需要用const引用。
void testref04()
{
char ch = 'a';
int& a = ch; // 不可以引用不同类型的变量，类型转化时会产生临时变量，临时变量具有常性
}
产生临时变量时都要用常引用。
void testref05()
{
char ch = 'a';
const int& a = ch;
}二、引用的使用场景
1. 引用做参数
在C语言学习指针的时候一定学过一个交换函数Swap，那时候我们在Swap时参数必须要用传址调用，因为如果用传值调用的话，形参的改变是不影响实参的，无法实现交换功能。
但是如果我们学了引用的话就不需要使用传址调用了，可以直接用引用作为参数，引用的形参就是实参的别名
void func(int& x, int& y)
{
cout << &x << endl;
cout << &y << endl;
}
int main()
{
int a = 10;
int b = 20;
cout << &a << endl;
cout << &b << endl;
cout << "-------------" << endl;
func(a, b);
return 0;
}
用引用的话，在函数传参时就不需要传址调用了，更加方便。
void Swap(int& a, int& b)
{
int tmp = a;
a = b;
b = tmp;
}2. 引用做返回值
是的，你没看错，引用不仅可以做函数的参数，还可以做函数的返回值，我们之前写的具有返回值的函数返回的并不是直接将函数中的变量，而是返回的变量的一份临时拷贝，而拷贝是需要付出一定代价的，这样会降低我们代码的效率，但是如果我们用引用返回的话就可以避免拷贝的代价，在对程序性能要求高且允许使用引用的情况下，尽量使用引用返回。
注意：并不是所有的函数都可以用引用返回，有些强行使用引用返回会造成一些不必要的错误。 函数可以用引用返回的条件： 函数的返回值在出函数作用域后不会被销毁。
int& Count()
{
static int n = 0;
n++;
// ...
return n;
}静态变量出了函数定义域之后不会销毁，可以用引用返回。
int& Count()
{
int n = 0;
n++;
// ...
return n; // n在出函数作用域后就销毁了，不要用引用返回
}传值、传引用的的效率比较 用值作为参数或返回值时，在传参和返回期间，函数是不会直接传递实参或则是将变量之间返回，而是传递实参或者返回变量的一份临时拷贝，所以用值传参或者做返回值效率是非常低的，尤其是当参数或者返回值类型非常大时，效率更加低下。
值和引用作为函数参数的效率对比：
#include <time.h>
// 传值
struct A{ int a[10000]; };
void TestFunc1(A a) {}
// 传引用
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;
}
传值的效率明显低于传引用。
值和引用作为函数返回值的效率对比：
#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 (int 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 (int 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:" << begin1 - end1 << endl;
cout << "TestFunc2() Time:" << begin2 - end2 << endl;
}
int main()
{
TestReturnByRefOrValue();
return 0;
}
传值和指针在作为传参以及返回值类型上效率相差很大。
三、引用和指针的区别
1、语义概念上引用就是变量的别名，没有独立空间，和引用实体共用同一块空间。
int main()
{
int a = 10;
int& b = a;
cout << &a << endl;
cout << &b << 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。
2、引用必须初始化，指针可以在定义时不初始化
int a = 20;
int* pa; // 指针可以不初始化
int& ra; // 引用必须初始化
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。
int* pa = NULL;
int& ra = NULL; // err，没有NULL引用
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)
#include<string>
int main()
{
string str = "abcdef";
string& rstr = str;
string* pstr = &str;
cout << "string& rstr = str: " << sizeof(rstr) << endl;
cout << "string* pstr = &str: " << sizeof(pstr) << endl;
return 0;
}
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
int main()
{
int a = 10;
int& ra = a;
int* pa = &a;
ra++;
pa++;
cout << "int& ra = a: " << ra << endl;
cout << "int* pa = &a: " << pa << endl;
return 0;
}
7、有多级指针，但是没有多级引用
int a = 10;
int* pa = &a;
int** ppa = &pa;
int& ra = a;
int&& rra = ra; // 无多级引用
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
int main()
{
int a = 10;
int* pa = &a;
int& ra = a;
cout << ra << endl;
cout << *pa << endl;
return 0;
}
9、引用比指针使用起来相对更安全，毕竟指针存在野指针，而不存在野引用。
腾讯云开发者
