初谈C++:引用
文章目录
- 前言
- 概述
- 引用特性
- 应用场景
- 做参数
- 做返回值
- 传值、传引用效率比较
- 引用和指针的区别
前言
在学习C语言的时候会遇到指针,会有一级指针、二级指针…很容易让人头昏脑胀。在C++里面,引入了引用的概念,会减少对指针的使用。引用相当于给一个变量起了一个别名,比如“高总”指的是小编。
概述
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。
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;int& c = a;return 0;
}
调试过程中,发现引用变量的地址和引用实体的地址是相同的,也就是说引用实际上就是给一个变量起了一个别名。
注意:引用类型必须和引用实体是同种类型的
引用和C语言中只针的操作其实差不多,我们在反汇编语言中可以看到:
引用特性
1. 引用在定义时必须初始化
int main()
{int a = 10;int& ra; //错误语法return 0;
}
在这段代码中,int& ra
没有初始化,编译器会报错
正确代码:
int main()
{int a = 10;int& ra = a;return 0;
}
- 一个变量可以有多个引用
int main()
{int a = 10;int& ra = a;int& rra = a;return 0;
}
上述代码中,ra
、rra
都是对变量a
的引用。这是没有问题的,比如小编有不止一个外号。
- 引用一旦引用一个实体,再不能引用其他实体
int main()
{int a = 10;int temp = 20;int& ra = a;ra = temp;cout << ra << endl;cout << a << endl;return 0;
}
运行结果:
在这段代码中ra
是变量a
的引用,ra=temp
是将temp
的值赋给ra
引用的实体,即a
。
应用场景
做参数
效果:
- 做输出型参数,形参的改变可以影响实参
- 减少拷贝,提高效率
void Swap(int& a,int& b)
{int tmp = a;a = b;b = tmp;
}int main()
{int x = 0, y = 1;Swap(x, y);cout << x << " " << y << endl;return 0;
}
运行结果:
上述代码确实实现了交换两个数字的功能
形参a
是对实参x
的引用,和x
表示同一块空间;形参b
是对实参y
的引用,和y
表示的是用一块空间。所以,在函数内交换a
和b
实际上就是在交换x
和y
。
做返回值
以前的传值返回:
int Add(int a, int b)
{int sum = a + b;return sum;
}int main()
{int x = 4;int y = 3;int ans = Add(x, y);cout << ans << endl;return 0;
}
这里随着函数栈帧调用的结束,sum
也会销毁。那为什么最后还能打印出最终结果?
对于这种传值返回,会有一个临时变量的生成,这种临时变量是用来存储返回值的,当返回值比较小的时候,这个临时变量就是寄存器。通过反汇编,我们可以看到:把sum
值赋给了寄存器eax
。
以上是在局部变量中
那么以satic
修饰的变量在静态区,此变量虽然不会随着调用函数的栈帧销毁而销毁,但是在传值返回的时候也会创建临时变量。
因此不难看出,传值返回都会生成一个中间变量。
以上是以前的写法,那么在学了引用后,我们需要使用引用返回:
引用返回和传值返回不同,函数栈帧销毁后,不需要创建临时变量来存储返回值。但是函数栈帧销毁后,返回的变量仍然存在。
也就是说,返回的变量不能存储在调用的函数的栈帧中,所以返回的变量是存储在静态区的变量或者是在堆上申请的变量。
先来看下面的代码:
int& Add(int a, int b)
{int c = a + b;return c;
}
int main()
{int& ret = Add(1, 2);Add(3, 4);cout << "Add(1, 2) is :" << ret << endl;return 0;
}
运行结果:
并不是我们需要的结果,这是为什么呢?
主函数中,首先调用的是函数Add(1,2)
,此函数函数调用结束后,该函数对应的栈空间就被回收了,也就是说Add
函数中c
变量就没有意义了。中ret
引用Add
函数返回值实际应用的就是一块已经被释放的空间。
然后调用Add(3,4)
函数,此函数函数调用结束后,该函数对应的栈空间就被回收了,也就是说Add
函数中c
变量就没有意义了。注意:空间被收回是说空间不能使用了,但是空间本身还在,而ret
引用的c
的位置被修改成了7
,因此ret
的值就被修改了。
关于引用返回需要强调的是:
- 函数运行时,系统需要给该函数开辟独立的栈空间,用来保存该函数的形参、局部变量以及一些寄存信息等
- 函数运行结束后,该函数的栈空间就会被系统收回
- 空间被收回指的是这块栈空间暂时不能被使用,但是内存还在
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。
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;
}int main()
{TestRefAndValue();return 0;
}
运行结果:
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;
}int main()
{TestReturnByRefOrValue();return 0;
}
运行结果:
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
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
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
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
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