【C++】5. 引用

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前言

C语言中什么最难学？那当然就是指针了。不但使用起来麻烦，时不时还会产生一些意料之外的错误。C++提供了一种方式，能做到指针的作用，但比指针用起来更容易。这种方式称为引用。

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一、引用

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。比如：李逵，在家称为"铁牛"，江湖上人称"黑旋风"。我们叫铁牛，黑旋风都是指李逵。

1.1 理解引用

首先我们看看如何使用引用：

类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体

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看了这个例子，我想你应该能深刻理解这句话了。

不难看出，引用比指针方便了不少。不用麻烦的去写取地址，解引用。

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1.2 引用的特性

虽然引用很好用，但使用方式不对，那也没用。

1. 引用必须初始化
   

2. 一个实体可以有多个引用，但一个引用只能指向一个实体，且不能改变。
   
   当然不是，c = b；是将b的值赋给c，而c又是a的引用（别名），即将b的值赋给a

3. 引用的对象可以是变量、常量……，使用时注意引用类型必须和引用实体是同种类型
   （这里会涉及到引用的权限，后文有讲）
   

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1.3 引用的权限

上面提到引用的对象可以是常量，那可以写出这样的代码
int& a = 10;但很遗憾，这样写是错的。const int& a = 10;这样写才对。
要搞明白为什么，需要我们知晓引用的权限。

首先，我们要了解权限是什么？看下面代码
int a = 10;
int& b = a;
b能改变a吗？当然可以，b = 11;a就变为11，此时的b相当于我们使用电脑时，以管理员的方式运行，权限很大。它可以读写a，影响到a。这就是引用b的权限。
回到上面的问题，为什么必须写成const int& a = 10;?因为10是常量，常量不能改变。如果写成int& a = 10，这不就和刚才的b一样吗，表式a有能力改变10，但10是常量，不能改变。因此我们不能给a能够改变10的权限，即a只能读，不能写，所以我们需要加上const。

了解权限是什么，下面我们来学习如何正确给与权限。

引用过程，权限不能增大，只能平移或缩小。

有两种特殊情况，如下

1. 类型转换时，权限变化
   

在发生类型转换时，会产生临时变量，临时变量具有常性（相当于加了const)， 如下

同理，const int& c = a;c是临时变量的引用，权限为只读。

小知识：c为临时变量的引用，那临时变量用完销毁后，c会这么办？答案是临时变量不会立马销毁，对于类似于int& c = a;这样的引用初始化，编译器会将其实现为一个指针，并在需要时进行隐式解引用。所以，即使原始对象离开了作用域，只要其引用仍然存在，临时变量也会与引用一起存在，直到引用失效。换句话说，临时变量的生命周期是由其所绑定的引用决定的，而不是由其作用域决定的。

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函数返回值，放回值会放在临时变量里，临时变量具有常性。

既然函数返回值也是通过临时变量来传递的，那如果用引用接收该怎么写？
如下：

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1.4 引用的使用场景

1.4.1 做参数

1. 输出型参数
   我们在力扣上使用c语言刷题时，常常出现这么一个参数int* returnSize,这里的returnSize就是输出型参数。即能够将值带回的参数。
   

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2. 提高效率
   函数传值调用：函数形参是函数实参的临时拷贝，如果函数实参过大，形参也就很大。所以实参过大时，一般都是传址调用。引用相当于传址调用，因此能节省效率。

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1.4.2 做返回值

上面提到函数返回值会被放在临时变量里。那如果返回的对象数据量很大呢？那么临时变量就会很大，这就很低效了。那我们怎么做？返回它的引用。

当函数的返回引用时，不会创建临时变量。

因此返回引用能够提高效率——吗？
之前我们提到，如果临时变量用引用来接收，会延长临时变量的作用域，所以引用能指向正确的空间（临时变量的地址）。但现在函数返回引用是不会创建临时变量，那引用指向哪块空间呢？

问题来了，如下：

但为什么打印的结果会是19呢？而且并没有报错。
因此这取决于编译器，我使用的是VS2022。根据结果可以推断，VS2022并没有清理函数栈帧，也没有禁止这种非法访问。

因此这样使用引用，不但不能提高效率，反倒有很大可能出现bug。
那用引用做返回值岂不是没什么用？

返回全局变量、静态变量、堆区上的空间的引用就可以了。
这些空间不会在函数调用结束后释放。

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1.5 引用的本质

其实引用就是通过指针来实现。我们说引用不开辟空间，是从语法层面来说的，从底层来看，引用就是指针，会开辟空间。
因此，在C++中，我们可以将引用视为一种语法上的简洁方式来处理指针的语义。

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