【C++】引用

一、引用概念

  引用就是给已经存在的变量取一个别名，并不是新定义一个变量。编译器不会为引用变量开辟内存空间，引用和它引用的变量共用一块内存空间。
引用的书写格式：
    类型& 引用名 = 已定义的变量名；
例如：

int a = 5;
int& ra = a;	// 声明 ra 是整形变量 a 的一个引用，用整形变量 a 的值对它进行初始化

此时 ra 就可以看作是变量 a 的引用，即 ra 是变量 a 的一个别名。经过这样声明后 ra 和 a 的作用相同，它们都代表同一个变量。
注意：上述声明语句 int& ra = a; 中的 & 是引用声明符，在这里它不代表地址。

二、引用特性

1. 引用自定义时必须初始化
2. 一个变量可以用多个引用
3. 引用一旦引用一个实体，就不能再引用其他实体了
4. 引用的类型必须和引用实体的类型相同

三、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; 
	}

四、使用场景

1. 做函数参数

void Swap(int& left, int& right) {   
	int temp = left;   
	left = right;   
	right = temp;
}

2. 做返回值

int& TestRefReturn(int& a) {   
	a += 10;   
	return a; 
}

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; 
}

引用作为函数返回值时，必须遵循以下规则：

1. 不能返回局部变量的引用。主要原因是局部变量会在函数返回后被销毁，因此被返回的引用就成为了"无所指"的引用，程序会进入未知状态。
2. 不能返回函数内部new分配的内存的引用。虽然不存在局部变量的被动销毁问题，可对于这种情况（返回函数内部new分配内存的引用），又面临其它尴尬局面。例如，被函数返回的引用只是作为一 个临时变量出现，而没有被赋予一个实际的变量，那么这个引用所指向的空间（由new分配）就无法释放，造成memory leak。
3. 可以返回类成员的引用，但最好是const。主要原因是当对象的属性是与某种业务规则（business rule）相关联的时候，其赋值常常与某些其它属性或者对象的状态有关，因此有必要将赋值操作封装在一个业务规则当中。如果其它对象可以获得该属性的非常 量引用（或指针），那么对该属性的单纯赋值就会破坏业务规则的完整性。

五、引用和指针的区别

在本文的一开始，就说引用只是一个别名，编译器不会为它开辟内存空间，它和它引用的实体共用同一块内存空间。那么这样的说法真的合理吗？接下来我们就来进一步讨论一下这个问题：
首先来看一段代码：

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

运行这段代码我们可以得到两个完全一样的结果：

由此可以得到一个结论：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。
那么在底层实现又是怎样的呢？我们继续看一段代码：

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

这里我们看引用和指针的汇编代码对比：

由此可见：其实引用在底层实现和指针是一样的，编译器实际上在底层为引用开辟了内存空间的，只是这个是由编译器自己悄悄的帮我们做的，用户并不能看到而已。

5.1 引用和指针的不同点

1. 引用在定义时必须初始化，指针没有要求
2. 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
3. 没有NULL引用，但有NULL指针
4. 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)
5. 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
6. 有多级指针，但是没有多级引用
7. 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
8. 引用比指针使用起来相对更安全