C++基础学习4：引用

C++引用（Reference）

引用(Reference)是C++语言相对于C语言的又一个扩充，是C++常用的一个重要内容之一。类似于指针，只是在声明的时候用"&"取代了"*"。正确、灵活地使用引用，可以使程序简洁、高效。我在工作中发现，许多人使用它仅仅 是想当然，在某些微妙的场合，很容易出错，究其原由，大多因为没有搞清本源。故在本篇中我将对引用进行详细讨论，希望对大家更好地理解和使用引用起到抛砖 引玉的作用。

引用
    引用是别名，在声明时必须初始化，在实际代码中主要用作函数的形参

（1）&在此不是求地址运算，而是起标识作用。
（2）类型标识符是指目标变量的类型。
（3）声明引用时，必须同时对其进行初始化。
（4）引用声明完毕后，相当于目标变量名有两个名称，即该目标原名称和引用名，且不能再把该引用名作为其他变量名的别名。
ra=1; 等价于 a=1;
（5）声明一个引用，不是新定义了一个变量，它只表示该引用名是目标变量名的一个别名，它本身不是一种数据类型，因此引用本身不占存储单元，系统也不给引用分配存储单元。故：对引用求地址，就是对目标变量求地址。&ra与&a相等。
（6）不能建立数组的引用。因为数组是一个由若干个元素所组成的集合，所以无法建立一个数组的别名。

二、引用应用(请参见C++引用专题)
    1.引用作为参数
    2.常引用
    3.引用作为返回值
    4.引用和多态

引用可以看做是被引用对象的一个别名，在声明引用时，必须同时对其进行初始化。引用的声明方法如下：
    类型标识符 &引用名 = 被引用对象

    C++引用示例： 
    
    int a = 10;
    int  &b = a;
    cout << a << " " << b << endl;
    cout << &a << " " << &b << endl;
    
    在本例中，变量b就是变量a的引用，程序运行结果如下：
        10       10
     0x64fe68 0x64fe68
     
从这段程序中我们可以看出变量a和变量b都是指向同一地址的，也即变量b是变量a的另一个名字，也可以理解为0x64fe68空间拥有两个名字：a和b。由于引用和原始变量都是指向同一地址的，因此通过引用也可以修改原始变量中所存储的变量值，如例2所示，最终程序运行结果是输出两个20，可见原始变量a的值已经被引用变量b修改。
[例2]通过引用修改原始变量中的值： 
    int a = 10;
    int &b = a;
    b = 20;
    cout << a << " " << b << endl;
    
    
如果我们不希望通过引用来改变原始变量的值时，我们可以按照如下的方式声明引用：
    const 类型标识符 & 引用名 = 被引用的变量名

这种引用方式成为常引用。如例3所示，我们声明b为a的常引用，之后尝试通过b来修改a变量的值，结果编译报错。虽然常引用无法修改原始变量的值，但是我们仍然可以通过原始变量自身来修改原始变量的值，如例3中，我们用a=20;语句将a变量的值由10修改为20，这是没有语法问题的。

[例3]不能通过常引用来修改原始值： 
复制格式化新窗口

    int a = 10;
    const int &b = a;
    b = 20;   //compile error
    a = 20;
    
通过例2，我们可以知道通过引用我们可以修改原始变量的值，引用的这一特性使得它用于函数传递参数或函数返回值时非常有用。 

1) 函数引用参数
如果我们在声明或定义函数的时候将函数的形参指定为引用，则在调用该函数时会将实参直接传递给形参，而不是将实参的拷贝传递给形参。如此一来，如果在函数体中修改了该参数，则实参的值也会被修改。这跟函数的普通传值调用还是有区别的。


C语言函数的参数传递
    按值传递，按值传递如果传递很大的数据项，赋值数据将导致较长的执行时间

C++
    按引用传递，避免复制大量数据的开销，可以提高性能
    
引用和指针的差别
    指针是个变量，可以把它再赋值成指向别处的地址
    建立引用时必须进行初始化并且绝不会在关联其他不同的变量
    由于指针也是变量，所以可以有指针变量的引用

    int *a = nullptr;
    int * &ptr = a;           //表示int*的引用ptr初始化为a
    int b = 8;
    ptr = &b;                 //ok, ptr是a的别名，是一个指针
    
    void &a = 3;         ---------          注意这是不合法的
    void只是在语法上相当于一个类型，本质上不是类型，但是没有任何一个变量或对象，其类型为void
    
    不能遍历引用的数组
    int a[10] = {0};
    int &ra[10]  =  a; //error不能建立一个引用类型的数组
    
    没有引用的指针和引用的引用
    int a;
    int &ra = a;
    int & *ptr = &ra;      // error企图定义一个引用的指针
    
    有空指针没有空引用，每一个引用都是有效的
    
    引用的参数传递
    传递引用给函数与传递指针的效果一样
    用引用作为参数比使用指针更有清晰的语法
    
    void swap(int &x, int &y);        // 引用作为参数
    
    void swap(int &x, int &y)         // 函数实现几乎和原来一样
    {
        int temp = x;
        x = y;
        y = temp;
    }
    
    void swap(int *x, int *y)
    {
        int z = *x;
        *x = *y;
        *y = z;
    }
    
    ==============================================================
    #include <iostream>
    using namespace std;
    
    void  foo(int val)
    {
        val = 10;
    }
    
    void bar(int &val)
    {
        val = 10;
    }
    
    void zoo(int *pval)
    {
        *pval = 10;
    }
    
    int main()
    {
        int a = 1;
        int b = 1; 
        int c = 1;
        foo(a);
        bar(b);
        zoo(&c);
        cout << a << " " << b << " " << c << endl;
        
        return 0;
    }
    
    ====================================================================
    
    引用的参数传递
    使用引用作为参数和返回值给函数的意义
        函数只能返回一个值。如果程序需要从函数返回两个值怎么办
        解决这个问题的办法之一是引用给函数传递两个参数，然后由函数往目标中填入正确的值
        
    函数返回值时，要生成一个值的副本。而引用返回值时，不生成值的副本，所以提高了效率。
    
    int result = 0;
    int  &func(int  r)      // 返回引用
    {
        result = r * r;
        return result;
    }
    
    注意：如果返回不在作用域内的变量或者对象的引用就有问题了。
    这与返回一个局部作用域指针的性质一样严重。
    
    int  &func(int r)
    {
        int result = 0;
        result = r * r;
        return result ;             // 返回局部变量的引用
    }
    
    int main()
    {
        int  &val  =  func(5);     // error返回的引用是个局部变量
        return 0;
    }
    
    =========================================================================
    
    此外，我们还需要注意一个小问题。如果我们将例5中的valplus函数定义成例6中所示的形式，那么这段程序就会产生一个问题，变量b的作用域仅在这个valplus函数体内部，当函数调用完成，b变量就会被销毁。而此时我们若将b变量的值通过引用返回拷贝给变量num2的时候，有可能会出现在拷贝之前b变量已经被销毁，从而导致num2变量获取不到返回值。虽然这种情况在一些编译器中并没有发生，但是我们在设计程序的时候也是应该尽量避免这一点的。
    
    在例4和例5中，我们就是为了避免这一点才采用的引用传递参数。普通的传值返回则不存在这样的问题，因为编译器会将返回值拷贝到临时存储空间后再去销毁b变量的。
    
    
    [例6]一个可能获取不到返回值的例子：     //因为b是局部变量，当程序结束以后，会自动销毁(堆栈)
    
    int & valplus(int a)
    {
        int b = a + 5;
        return b;
    }