C++引用的基本

C++引用的基本

上节花了大量的时间讲指针。C/C++之指针(下)

本节我们介绍引用。

  • 引用,是C++新引进来的一种概念,C中没有。

  • 回顾变量名:
    变量名实质是一段连续储存空间的别名,是一个标号。
    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直接使用存储空间。

  • 概念:
    引用可以看作一个已定义变量的别名。

  • 语法:

    使用取地址符&,Type& name = var;
    不能这样定义: int& name;不做初始化。除非做函数的形参。

  • 使用:

    #include <stdio.h>  
    
    using namespace std;
    
    int main(){
    
        int a = 0;
        int& b = a;
    
        printf("a = %d, b = %d\n", a, b);
        printf("修改b\n");
    
        b = 100;
        printf("a = %d, b = %d\n", a, b);
    
        printf("地址:&a = 0x%p, &b = 0x%p\n", &a, &b);
        return 0;
    }
    

    输出结果:

    a = 0, b = 0
    修改b
    a = 100, b = 100
    地址:&a = 0x0093FAA0, &b = 0x0093FAA0
    

    结果很显然,两个改变一个,两个都会变。

  • 前面在讲函数的时候,说过变量传递到函数中是简单的值传递,一般通过指针来进行操作,但是使用引用会很方便!而且比指针还不易出错。
    例子:交换两数的函数。

    #include <stdio.h>  
    
    using namespace std;
    
    //版本1普通的值传递
    void swap1(int a, int b) {
        int tmp;
        tmp = a;
        a = b;
        b = tmp;
    }
    
    //版本2指针
    void swap2(int* a, int* b) {
        int tmp;
        tmp = *a;
        *a = *b;
        *b = tmp;
    }
    
    //版本3引用
    void swap3(int& a, int& b) {
        int tmp;
        tmp = a;
        a = b;
        b = tmp;
    }
    
    int main(){
        int a = 30, b = 50;
     
        printf("未修改前:a = %d, b = %d\n", a, b);
        //版本1
        swap1(a, b);
        printf("使用版本1:a = %d, b = %d\n", a, b);
    
        //版本2
        swap2(&a, &b);
        printf("使用版本2:a = %d, b = %d\n", a, b);
    
        //版本3
        swap3(a, b);
        printf("使用版本3:a = %d, b = %d\n", a, b);
    
        return 0;
    }
    

    输出结果:

    未修改前:a = 30, b = 50
    使用版本1:a = 30, b = 50
    使用版本2:a = 50, b = 30
    使用版本3:a = 30, b = 50
    

    结果:版本2和版本3都对两数进行了交换,优点是引用更加简洁。就相当于函数形参a, b成为了实参a, b的别名。
    引用做函数的参数时不需要初始化!

  • 总结:引用作为其他变量的别名而存在,因此再一些场合可以代替指针。
    引用相较于指针有更好的可读性和实用性。

  • 思考:引用占用内存吗?一个变量可以有多个别名吗?

    #include <stdio.h>  
    
    using namespace std;
    
    int main(){
        int x = 10;
    
        int y = 100, z = 1;
      
        printf("给x整三个别名前地址:x = %d, y = %d, z= %d\n", &x, &y, &z);
     
        return 0;
    }
    

    输出结果:

    给x整三个别名前地址:x = 7339464, y = 7339452, z= 7339440
    

    观察:三个变量之间的内存大小为12个字节。

    #include <stdio.h>  
    
    using namespace std;
    
    int main(){
        int x = 10;
        int& a = x, & b = x, & c = x;
    
        int y = 100, z = 1;
    
        printf("给x整三个别名后:x = %d, a = %d, b = %d, c = %d\n", x, a, b, c);
      
        printf("给x整三个别名后地址:x = %d, y = %d, z= %d\n", &x, &y, &z);
     
        return 0;
    }
    

    输出结果:

    给x整三个别名后:x = 10, a = 10, b = 10, c = 10
    给x整三个别名后地址:x = 18349452, y = 18349404, z= 18349392
    

    观察:此时x与y的地址相差48 = 12 * 4字节,而y与z相差12字节,所以引用也是占内存空间的。

  • 总结:引用可以定义多个,而且它有自己的空间。别名一旦初始化后,无法再指向别的变量!(与常量指针很相似能改变值,但不能指向别的地址),实际上其实就是常量指针

  • 扩展:C++编译器在背后做的工作。
    其实C++编译器偷偷的把引用换成了常量指针!

    #include <stdio.h>  
    
    using namespace std;
    
    void swap(int& a, int& b) {
        int tmp = a;
        a = b;
        b = tmp;
    }
    
    void swap(int* const a, int* const b) {
        int tmp = *a;
        *a = *b;
        *b = tmp;
    }
    
    int main(){
        int a = 10, b = 30;
     
        //调用引用
        swap(a, b);
        //偷偷换成 swap(&a, &b);
    
        return 0;
    }
    

    上面把调用的函数偷偷更换了。

  • 本质:

    • Type& name; 等价 Type* const name;
    • 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!
    • 它占空间。
    • 只是为了方便开发,只有分析奇怪的语法时才会去分析编译器怎么做的。

下节我们介绍指针引用。

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