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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 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。
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:
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。
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 &”
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; }
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。
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; }
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。
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; }
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?
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。
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。
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。
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。
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:
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。
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。
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; }
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。
#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; }
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:
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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