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c++引用的表示方法是什么

發布時間:2022-05-16 14:26:10 來源:億速云 閱讀:172 作者:iii 欄目:開發技術

今天小編給大家分享一下c++引用的表示方法是什么的相關知識點,內容詳細,邏輯清晰,相信大部分人都還太了解這方面的知識,所以分享這篇文章給大家參考一下,希望大家閱讀完這篇文章后有所收獲,下面我們一起來了解一下吧。

    引用的概念

    引用 不是新定義一個變量,而 是給已存在變量取了一個別名 ,編譯器不會為引用變量開辟內存空間,它和它引用的變量共用同一塊內存空間。

    引用的表示方法

    類型 & 引用變量名 ( 對象名 ) = 引用實體;

    如果熟悉C語言的同學可能會發現引用符號(&)看上去就像取地址運算符(&)或者按位AND運算符(&),其實這是一個運算符重載的例子。通過重載,同一個運算符將會有不同的含義。編譯器會通過上下文來確定運算符的含義。除了這里所提到的,其實在C++中還有一些運算符重載的情況。例如:* 即表示乘法,又表示對指針的解引用操作;<<即表示插入運算符,又表示按位左移運算符等。

    代碼實例:

    int main()
    {
    	//引用:取別名
    	int a = 10;
    	int& b = a;//定義引用類型
    	int& c = b;
    	return 0;
    }

    本段代碼我們可以得知,a變量取了b,c兩個別名。

    我們也可以通過調試觀察他們的內存:

    c++引用的表示方法是什么

    通過調取內存我們可以發現,a,b,c所指向的是同一塊內存空間。

    注意: 引用類型 必須和引用 實體 是 同種類型 的

    引用特性

    引用有三個特性,分別是:

    1. 引用在 定義時必須初始化

    2. 一個變量可以有多個引用

    3. 引用一旦引用一個實體,再不能引用其他實體

    1.引用在定義的時候必須初始化

    由于引用是對已經存在的變量進行取別名,因此使用引用時必須指定變量(初始化)。

    int& d;//錯誤,未初始化

    2.一個變量可以有多個引用

    在C++語法中,一個變量有多個引用,就類似于一個人可以有多個外號。在1.1的代碼實例中變量a就有2個引用,分別是b和c。

    3.引用一旦引用一個實體,再不能引用其他實體

    這個也比較好理解,因為引用一旦引用了一個已經存在的實體,就是這個實體的別名,當然不能再成為其他實體的別名。

    常引用與引用權限

    我們來觀察下面這段代碼,他能編譯成功嗎?

    int main()
    {
       //1.
    	const int x = 20;
    	int& y = x;      
    	return 0;
    }

    當我們編譯這段代碼發現編譯器報出錯誤警告:無法從“const int”轉換為“int &”

    c++引用的表示方法是什么

    這是因為我們在引用的時候要遵守引用的原則:

    引用原則:對原變量的引用,權限不能放大。

    1.3這段代碼中x變量是const修飾是一個常變量,只有可讀權限。而我們引用的類型是int,不僅有可讀權限,還有可修改權限。這就造成了對原變量的權限放大。根據我們引用原則知道,對原變量的引用,權限是不能放大的,這就是為什么這段代碼會報錯的原因。

    那我們再來看這一段代碼,它能編譯成功嗎?

    int main()
    {
    	//2.
    	const int x = 20;
    	const int& y = x;//不變
        //3.
    	int c = 30;
    	const int& d = c;//縮小
    	return 0;
    }

    c++引用的表示方法是什么

    這段代碼我們發現編譯成功了,我們也可以輕松地分析出這里的引用是遵守引用規則的,我們發現,權限不變或者權限縮小都是符合規則的,唯一需要注意的是:權限不能放大。

    引用的使用場景

    做參數
    void Swap(int& x, int& y)
    {
    	int tmp = x;
    	x = y;
    	y = tmp;
    }
    int main()
    {
    	int a = 0, b = 1;
    	Swap(a, b);
    	return 0;
    }

    引用可以作函數的形參,x是a的別名,y是b的別名。這里使用引用更加方便,也更好理解。

    那既然以值作為函數參數和以引用作為函數參數都能解決這個問題,那為什么還要使用引用來做參數呢?這是因為引用的效率更高,我們可以通過下面這段測試代碼更加直觀看出效率的差別:

    #include <time.h>
    struct A { int a[10000]; };
    void TestFunc1(A a) {}
    void TestFunc2(A& a) {}
    void TestRefAndValue()
    {
    	A a;
    	// 以值作為函數參數
    	size_t begin1 = clock();
    	for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)
    		TestFunc1(a);
    	size_t end1 = clock();
    	// 以引用作為函數參數
    	size_t begin2 = clock();
    	for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)
    		TestFunc2(a);
    	size_t end2 = clock();
    	// 分別計算兩個函數運行結束后的時間
    	cout << "TestFunc1(A)-time:" << end1 - begin1 << endl;
    	cout << "TestFunc2(A&)-time:" << end2 - begin2 << endl;
    }
    int main()
    {
    	TestRefAndValue();
    	return 0;
    }

    c++引用的表示方法是什么

    我們發現使用引用作為函數參數效率大大提高。以值作為參數或者返回值類型,在傳參和返回期間,函數不會直接傳遞實參或者將變量本身直接返回,而是傳遞實參或者返回變量的一份臨時的拷貝,因此用值作為參數或者返回值類型,效率是非常低下的,尤其是當參數或者返回值類型非常大時,效率就更低。

    引用做參數的意義:

    1.輸出型參數。

    2.減少拷貝,提高效率。

    做返回值

    首先我們來觀察這段代碼的返回值是什么?

    int Count()
    {
    	static int n = 0;
    	n++;
    	return n;
    }
    int main()
    {
    	cout << Count() << endl;
    	cout << Count() << endl;
    	cout << Count() << endl;
    	return 0;
    }

    c++引用的表示方法是什么

    這里的結果是:

    1 2 3

    因為n是局部靜態的成員變量,只會初始化一次,雖然作用域在Count函數內部,但是生命周期是全局,我們可以通過調試觀看他是否再執行函數的第一句?

    c++引用的表示方法是什么

    傳值的底層過程

    c++引用的表示方法是什么

    傳值返回這個過程當中會產生一個臨時變量,跟傳參一樣,如果小會用寄存器替代。傳值返回的類型其實是臨時變量的類型,將n拷貝給臨時變量,再將臨時變量拷貝給ret。那么為什么要設計臨時變量呢?直接把n給ret不好嗎?

    這是因為在當臨時變量出了函數作用域之后會銷毀,函數棧楨也會銷毀,那么此時n是不能作為返回值再賦值給ret的。那么編譯器就在此生成了一個臨時變量,把n拷給臨時變量,再把臨時變量給ret。此時,函數棧楨銷毀是不會影響臨時變量的。

    c++引用的表示方法是什么

    c++引用的表示方法是什么

    那我們怎么可以證明這個過程產生了臨時變量,我們可以給ret前加個引用。

    c++引用的表示方法是什么

    此時我們發現,編譯器是過不了的,這是因為此時ret是引用的臨時變量,而臨時變量具有常性,這里屬于權限的放大,因此我們只需要加上const即可。我們也通過這個例子證明了臨時變量的存在。

    c++引用的表示方法是什么

    那現在我們給Count函數加個引用是什么意思?我們來看這段代碼。

    int& Count()
    {
    	int n = 0;
    	n++; 
    	return n;
    }
    //中間產生了一個臨時變量
    int main()
    {
    	int ret = Count(); 
    	return 0;
    }

    這里可以這么認為,中間也會產生一個臨時變量,這個臨時變量的類型為int&,此時這個臨時變量是n的別名,再把臨時變量賦給ret。返回的是一個n的別名,就相當于是吧n返回給了ret。

    c++引用的表示方法是什么

    此時我們再觀察這段代碼我們發現編譯器可以通過了,這里ret相當于是n的別名。

    我們可以打印n和ret的地址看看:

    c++引用的表示方法是什么

    這里ret和n的地址相同,也能證明ret是n的別名。因此,引用作為返回值其實返回的就是n的別名。

    引用導致野指針

    c++引用的表示方法是什么

    這段代碼合法嗎?

    其實這段代碼是不合法的,因為出了函數的作用域,Count函數已經銷毀了,我們再對此空間進行訪問,就會造成非法訪問,這里就是引用搞出來的野指針。

    我們來驗證一下:

    //傳引用返回的是n的別名
    int& Count()
    {
    	int n = 0;
    	n++; 
    	//cout << "n:"<< & n << endl;
    	return n;
    }
    //中間產生了一個臨時變量
    int main()
    {
    	int& ret = Count(); //ret是別名的別名  也就是n的別名
    	cout << ret << endl;
    	cout << "ret"<< & ret << endl;
    	cout << ret << endl;
    	return 0;
    }

    通過打印我們能夠發現:第二個ret打印的是隨機值。

    c++引用的表示方法是什么

    因此此處需要注意 :

    如果函數返回時,出了函數作用域,如果返回對象還未還給系統,則可以使用引用返回,如果已 經還給系統了,則必須使用傳值返回。

    我們來做一個實例鞏固一下:

    下面這段代碼的結果是什么?為什么?

    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;
    }

    c++引用的表示方法是什么

    結果:7,這里是因為在第一次調用Add時,ret為3,Add函數的棧楨銷毀,在第二次調用時,Add函數的棧楨是相同的,c的位置為覆蓋為7,再次訪問ret此時就為7,因此這里使用是不安全的。以下打印就可以更加清晰了解這個過程。

    c++引用的表示方法是什么

    值和引用作為返回值類型的性能比較

    #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()
    {
    	// 以值作為函數的返回值類型
    	size_t begin1 = clock();
    	for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)
    		TestFunc1();
    	size_t end1 = clock();
    	// 以引用作為函數的返回值類型
    	size_t begin2 = clock();
    	for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)
    		TestFunc2();
    	size_t end2 = clock();
    	// 計算兩個函數運算完成之后的時間
    	cout << "TestFunc1 time:" << end1 - begin1 << endl;
    	cout << "TestFunc2 time:" << end2 - begin2 << endl;
    }
    int main()
    {
    	TestReturnByRefOrValue();
    	return 0;
    }

    c++引用的表示方法是什么

    通過打印我們發現引用作為返回值類型大大提高了效率。

    原因:以值作為參數或者返回值類型,在傳參和返回期間,函數不會直接傳遞實參或者將變量本身直接返回,而是傳遞實參或者返回變量的一份臨時的拷貝,因此用值作為參數或者返回值類型,效率是非常低下的,尤其是當參數或者返回值類型非常大時,效率就更低。

    引用和指針的區別

    引用在語法概念上引用就是一個別名,沒有獨立空間,和其引用實體共用同一塊空間。 在底層實現上實際是有空間的,因為引用是按照指針方式來實現的。

    int main()
    {
    	int a = 10;
    	int& ra = a;
    	ra = 20;
    	int* pa = &a;
    	*pa = 20;
    	return 0;
    }

    我們來看引用和指針的匯編代碼對比:

    c++引用的表示方法是什么

    因此引用的底層實現上是按照指針的方式來實現的。

    引用和指針的不同點:

    1. 引用在定義時必須初始化,指針沒有要求

    2. 引用在初始化時引用一個實體后,就不能再引用其他實體,而指針可以在任何時候指向任何一個同類型實體

    3. 沒有NULL引用,但有NULL指針

    4. 在sizeof中含義不同:引用結果為引用類型的大小,但指針始終是地址空間所占字節個數(32位平臺下占4個字節)

    5. 引用自加即引用的實體增加1,指針自加即指針向后偏移一個類型的大小

    6. 有多級指針,但是沒有多級引用

    7. 訪問實體方式不同,指針需要顯式解引用,引用編譯器自己處理

    8. 引用比指針使用起來相對更安全

    以上就是“c++引用的表示方法是什么”這篇文章的所有內容,感謝各位的閱讀!相信大家閱讀完這篇文章都有很大的收獲,小編每天都會為大家更新不同的知識,如果還想學習更多的知識,請關注億速云行業資訊頻道。

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