c++引用(reference)

1. 引用基本用法

引用是c++对c的重要扩充。在c/c++中指针的作用基本都是一样的，但是c++增加了另外一种给函数传递地址的途径，这就是按引用传递(pass-by-reference)，它也存在于其他一些编程语言中，并不是c++的发明。

变量名实质上是一段连续内存空间的别名，是一个标号(门牌号)

程序中通过变量来申请并命名内存空间

通过变量的名字可以使用存储空间

对一段连续的内存空间只能取一个别名吗？

c++中新增了引用的概念，引用可以作为一个已定义变量的别名。

基本语法:

Type& ref = val;

注意事项：

&在此不是求地址运算，而是起标识作用。

类型标识符是指目标变量的类型

必须在声明引用变量时进行初始化。

引用初始化之后不能改变。

不能有NULL引用。必须确保引用是和一块合法的存储单元关联。

可以建立对数组的引用。

//1. 认识引用
void test01(){

    int a = 10;
    //给变量a取一个别名b
    int& b = a;
    cout << "a:" << a << endl;
    cout << "b:" << b << endl;
    cout << "------------" << endl;
    //操作b就相当于操作a本身
    b = 100;
    cout << "a:" << a << endl;
    cout << "b:" << b << endl;
    cout << "------------" << endl;
    //一个变量可以有n个别名
    int& c = a;
    c = 200;
    cout << "a:" << a << endl;
    cout << "b:" << b << endl;
    cout << "c:" << c << endl;
    cout << "------------" << endl;
    //a,b,c的地址都是相同的
    cout << "a:" << &a << endl;
    cout << "b:" << &b << endl;
    cout << "c:" << &c << endl;
}
//2. 使用引用注意事项
void test02(){
    //1) 引用必须初始化
    //int& ref; //报错:必须初始化引用
    //2) 引用一旦初始化，不能改变引用
    int a = 10;
    int b = 20;
    int& ref = a;
    ref = b; //不能改变引用
    //3) 不能对数组建立引用
    int arr[10];
    //int& ref3[10] = arr;
}

    //1. 建立数组引用方法一
    typedef int ArrRef[10];
    int arr[10];
    ArrRef& aRef = arr;
    for (int i = 0; i < 10;i ++){
        aRef[i] = i+1;
    }
    for (int i = 0; i < 10;i++){
        cout << arr[i] << " ";
    }
    cout << endl;
    //2. 建立数组引用方法二
    int(&f)[10] = arr;
    for (int i = 0; i < 10; i++){
        f[i] = i+10;
    }
    for (int i = 0; i < 10; i++){
        cout << arr[i] << " ";
    }
    cout << endl;

2. 函数中的引用

最常见看见引用的地方是在函数参数和返回值中。当引用被用作函数参数的时，在函数内对任何引用的修改，将对还函数外的参数产生改变。当然，可以通过传递一个指针来做相同的事情，但引用具有更清晰的语法。

如果从函数中返回一个引用，必须像从函数中返回一个指针一样对待。当函数返回值时，引用关联的内存一定要存在。

//值传递
void ValueSwap(int m,int n){
    int temp = m;
    m = n;
    n = temp;
}
//地址传递
void PointerSwap(int* m,int* n){
    int temp = *m;
    *m = *n;
    *n = temp;
}
//引用传递
void ReferenceSwap(int& m,int& n){
    int temp = m;
    m = n;
    n = temp;
}
void test(){
    int a = 10;
    int b = 20;
    //值传递
    ValueSwap(a, b);
    cout << "a:" << a << " b:" << b << endl;
    //地址传递
    PointerSwap(&a, &b);
    cout << "a:" << a << " b:" << b << endl;
    //引用传递
    ReferenceSwap(a, b);
    cout << "a:" << a << " b:" << b << endl;
}

通过引用参数产生的效果同按地址传递是一样的。引用的语法更清楚简单：

1) 函数调用时传递的实参不必加“&”符

2) 在被调函数中不必在参数前加“*”符

引用作为其它变量的别名而存在，因此在一些场合可以代替指针。C++主张用引用传递取代地址传递的方式，因为引用语法容易且不易出错。

 

不能返回局部变量的引用。

函数当左值，必须返回引用。

//返回局部变量引用
int& TestFun01(){
    int a = 10; //局部变量
    return a;
}
//返回静态变量引用
int& TestFunc02(){    
    static int a = 20;
    cout << "static int a : " << a << endl;
    return a;
}
int main(){
    //不能返回局部变量的引用
    int& ret01 = TestFun01();
    //如果函数做左值，那么必须返回引用
    TestFunc02();
    TestFunc02() = 100;
    TestFunc02();

    return EXIT_SUCCESS;
}

3. 引用的本质

引用的本质在c++内部实现是一个指针常量.

Type& ref = val; // Type* const ref = &val;

c++编译器在编译过程中使用常指针作为引用的内部实现，因此引用所占用的空间大小与指针相同，只是这个过程是编译器内部实现，用户不可见。

//发现是引用，转换为 int* const ref = &a;
void testFunc(int& ref){
    ref = 100; // ref是引用，转换为*ref = 100
}
int main(){
    int a = 10;
    int& aRef = a; //自动转换为 int* const aRef = &a;这也能说明引用为什么必须初始化
    aRef = 20; //内部发现aRef是引用，自动帮我们转换为: *aRef = 20;
    cout << "a:" << a << endl;
    cout << "aRef:" << aRef << endl;
    testFunc(a);
    return EXIT_SUCCESS;
}

4. 指针引用

在c语言中如果想改变一个指针的指向而不是它所指向的内容，函数声明可能这样:

void fun(int**);

给指针变量取一个别名。

Type* pointer = NULL;  

Type*& = pointer;

Type* pointer = NULL;  Type*& = pointer;

struct Teacher{
    int mAge;
};
//指针间接修改teacher的年龄
void AllocateAndInitByPointer(Teacher** teacher){
    *teacher = (Teacher*)malloc(sizeof(Teacher));
    (*teacher)->mAge = 200;  
}
//引用修改teacher年龄
void AllocateAndInitByReference(Teacher*& teacher){
    teacher->mAge = 300;
}
void test(){
    //创建Teacher
    Teacher* teacher = NULL;
    //指针间接赋值
    AllocateAndInitByPointer(&teacher);
    cout << "AllocateAndInitByPointer:" << teacher->mAge << endl;
    //引用赋值,将teacher本身传到ChangeAgeByReference函数中
    AllocateAndInitByReference(teacher);
    cout << "AllocateAndInitByReference:" << teacher->mAge << endl;
    free(teacher);
}

对于c++中的定义那个，语法清晰多了。函数参数变成指针的引用，用不着取得指针的地址。

5. 常量引用

常量引用的定义格式:

const Type& ref = val;

常量引用注意：

1.字面量不能赋给引用，但是可以赋给const引用

2.const修饰的引用，不能修改。

void test01(){
    int a = 100;
    const int& aRef = a; //此时aRef就是a
    //aRef = 200; 不能通过aRef的值
    a = 100; //OK
    cout << "a:" << a << endl;
    cout << "aRef:" << aRef << endl;
}
void test02(){
    //不能把一个字面量赋给引用
    //int& ref = 100;
    //但是可以把一个字面量赋给常引用
    const int& ref = 100; //int temp = 200; const int& ret = temp;
}

 [const引用使用场景]

    常量引用主要用在函数的形参，尤其是类的拷贝/复制构造函数。

将函数的形参定义为常量引用的好处:

• 引用不产生新的变量，减少形参与实参传递时的开销。
• 由于引用可能导致实参随形参改变而改变，将其定义为常量引用可以消除这种副作用。

    如果希望实参随着形参的改变而改变，那么使用一般的引用，如果不希望实参随着形参改变，那么使用常引用。

//const int& param防止函数中意外修改数据
void ShowVal(const int& param){
    cout << "param:" << param << endl;
}