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每一个不曾起舞的日子，都是对生命的辜负

目录

前言

引用的概念

引用的特性

引用的使用场景

引用和指针的区别

C语言版数据结构教材的解惑

前言

不知道你有没有这样的经历，在学习数据结构的时候，教材中有一个地方总是搞不明白，如下图：

  • 我记得当时我问过老师：《这是引用，你只要记得只要这个值被改变了，就加上它&》

我也没有继续探索，导致我数据结构阶段虽然考试成绩还行，但是还是蒙蒙的状态

直到今天，我学习了引用，我才知道为什么要这么用。

希望这篇文章可以让遇到同样困惑的你得到解答

那就让我们赶紧进入引用的学习吧

欢迎大家收藏以便未来做题时可以快速找到思路，巧妙的方法可以事半功倍。

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GITEE相关代码：fanfei_c的仓库

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1.引用的概念

引用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。

比如：孙悟空，别名齐天大圣、美猴王等等，这些别名都指的是孙悟空。

用法：

void TestRef(){int a = 10;int& ra = a;//<====定义引用类型printf("%p\n", &a);printf("%p\n", &ra);}

我们说引用与它引用的变量共用同一快内存空间，那么他们的地址就是相同的，如图：

注意：引用类型必须和引用实体时同种类型的。

2.引用的特性

  • 引用在定义时必须初始化
  • 一个变量可以有多个引用
  • 引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体（引用不能改变指向）

了解了以上三条特性，请思考：引用能够替代指针么？

在C++中，引用不能替代指针，因为引用不能改变指向，而指针可以。

在JAVA中，引用可以改变指向。

有关常引用：

void TestConstRef(){const int a = 10;//int& ra = a; // 该语句编译时会出错，a为常量const int& ra = a;// int& b = 10; // 该语句编译时会出错，b为常量const int& b = 10;double d = 12.34;//int& rd = d; // 该语句编译时会出错，类型不同const int& rd = d;}

如果上面的例子你有疑问，下面是疑惑解答

1-2、4行：我们知道常变量是不可修改的，既然常变量不可修改，我们将常变量取别名就失去了引用的意义和价值。

3、5行：这里ra为常引用，既然a是常变量，那么我们将常引用与之匹配不就刚好可以了么。

7行：略。

8行：我们知道将双精度浮点型赋值给整型会发生截断，但类型转换时，底层不是直接将自身的类型改变，而是会生成一个临时变量，此时这个临时变量具有常属性，所以此时常引用rd就可以指向d了。

3.引用的使用场景

1.做参数

void Swap(int& left, int& right){int temp = left;left = right;right = temp;}int main(){int a, b;Swap(a, b);return 0;}

这也是数据结构教材中的用法。

2.做返回值

int& Count(){static int n = 0;n++;// ...return n;}

这里我们着重讨论一下做返回值的用法：

细心的同学应该发下了这里n定义为静态变量了。

请思考下为什么会这样做

我们观察下这段代码，这里返回的是n的引用。

假设不加static修饰n：

  • 我们知道引用就相当于它本身，地址也是同一块空间。
  • 当函数栈帧结束，出了作用域，返回对象n就销毁了，那返回n的引用就相当于返回的是已被销毁的那块地址的值，这个值是不确定的，因为已经还给操作系统了。
  • 所以这里我们加上static修饰，使n存储在静态区，栈帧结束也不会被销毁，此时返回n的引用也就没有问题了。

另外：引用做返回值，可以修改引用对象。

int& Slat(SL* ps, int pos){return ps->a[pos];}int main(){SL s;//...Slat(&s, 3) = 10;for (int i = 0; i < s.size; i++){Slat(&s, i)++;}return 0;}

如果没有引用，就会报错。

因为如果没引用，Slat(&s,3)或Slat(&s,i)返回值是常数，常量为右值不可修改。

3.我们再来看另一个问题

下面的代码输出什么结果，为什么

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;}

先看结果：

这段代码启示我们空间是重复利用的。

函数栈帧创建又销毁，又创建又销毁，ret始终都指向那同一个位置，所以最后值一定是最后改变的7而不是3。

总结下：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。

4.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 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;}

运行结果：

5.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。

int main(){int a = 10;int& ra = a;cout << "&a = " << &a << endl;cout << "&ra = " << &ra << endl;return 0;}

运行结果：

但实际上：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。

底层中没有引用概念，和指针一样都是汇编代码实现的。

我们来看下引用和指针的汇编代码对比：

总结下引用和指针的不同点：

  1. 引用概念上定义一个变量的别名，指针存储一个变量地址。
  2. 引用在定义时必须初始化，指针没有要求。
  3. 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。
  4. 没有NULL引用，但有NULL指针。
  5. 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)。
  6. 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。
  7. 有多级指针，但是没有多级引用。
  8. 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。
  9. 引用比指针使用起来相对更安全，注意不是绝对安全。

✅看到这里，你一定理解了数据结构教材上让你蒙蒙的&符号了吧✅

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