原来引用还有这么多不为人知的秘密呢?

你好，我是安然无虞。

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写在前面

前面我们有讲解函数重载相关的知识，因为比较重要，所以讲的比较详细，下面还有一个很重要的知识点——引用，虽然很重要但是不难哦，不信你看看就知道了。

引用概念

引用不是新定义一个变量，而是给已存在变量取一个别名，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：我们知道，在水浒传中有一个好汉名叫李逵，他在家呢叫“铁牛”，江湖人称“黑旋风”。

有点小可爱哦。

基本结构：

类型& 引用变量名 = 引用实体；

注意哦，引用类型必须是和引用实体是同种类型的。

看下面一段代码：

#include<iostream>
using std::cout;
using std::endl;

int main()
{
  int a = 10;
  int& b = a;//b是a的引用(别名)
  int& c = a;//c是a的引用(别名)
  int& d = b;//d是b的引用(别名)

  cout << "a = " << a << endl;
  cout << "b = " << b << endl;
  cout << "c = " << c << endl;
  cout << "d = " << d << endl;
  return 0;
}

前面引用的概念已经说了，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空间。

这样的话也就是说，变量a、b、c、d共用同一块空间。

调试代码验证一下上面的说法，看四个变量的地址：

很明显地址一样，所以说，引用不是新定义一个变量，而是给已存在的变量取一个别名，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。

引用特性

• 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，不能再引用其他实体。

对上述三个特性一一说明：

1.引用在定义时必须初始化

void Test1()
{
  int a = 10;
  int& ra; //这条语句编译时会出错
  int& rb = a; //引用在定义时必须初始化
}

2.一个变量可以有多个引用

void Test2()
{
  int a = 10;
  int& ra = a; 
  int& rb = a; 
}

3.引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体（注意哦，这点跟指针不同）

void Test3()
{
  int a = 10;
  int b = 20;
  int& ra = a;
  int& ra = b;//编译错误
}

常引用

开始之前呢，先说一下取别名的原则：

对原引用变量，读写权限要么不变，要么缩小，但是不能放大。

void TestConstRef()
{
  const int a = 10;//常变量，只读不可写
  //int& ra = a;编译报错，a->ra 权限放大（a只读，ra可读可写）
  const int& ra = a;//a->ra 权限不变

  //int& b = 10;编译报错，常量10->a 权限放大
  const int& b = 10;//10->b 权限不变

  double d = 3.14;
  //int& rd = d;编译出错，double->int 类型不同
  const int& rd = d;//编译通过，想想为什么？
}

下面这段代码：

double d = 3.14;
//int& rd = d;编译出错，double->int 类型不同
const int& rd = d;//编译通过，想想为什么？

为什么加上const就可以了呢？
不着急，先说说之前学习过的知识。我们在学习C语言的时候知道不同类型的值相互赋值时会发生隐式类型的转换，比如：

double d = 3.14;
int f = d;

很明显，发生隐式类型转换时中间会产生一个临时变量，而临时变量具有常性。

知道这一点上之后，就好解释这段代码了：

double d = 3.14;
//int& rd = d;编译出错，double->int 类型不同
const int& rd = d;//编译通过，想想为什么？

上面有说到rd不是d的别名，而是临时变量的别名，下面我们调试验证：

引用使用场景

· 做参数

之前我们写交换函数是这样写的：

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

现在我们学习引用后，大可不必像之前那样：

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

使用引用传参的好处：

1. 无需解引用，简单多了；
2. 使用引用传参更直观，更好理解。

· 做返回值

我们知道，传值返回时会有一个拷贝，而传引用返回就没有这个拷贝，返回的直接就是变量的别名，这样可以减少拷贝，提高效率。
思考下面一段代码：

int& Count()
{
  static int n = 0;//注意静态变量的特点：只会初始化一次
  n++;
  return n;
}

int main()
{
  int& ret = Count();
  return 0;
}

传引用返回的是返回值的别名，传值返回的是那个临时变量。

所以这里返回的是n的别名，为了证明这个说法，只需要验证ret 和 n的地址一样，意味着ret 就是 n 的别名。

好，下面进行调试验证：

故而证明上述结论：

传引用返回的是返回值的别名，传值返回的是那个临时变量。

好的，现在将代码改动一点：

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

int main()
{
  int ret = Count();
  return 0;
}

我们知道，传值返回的是那个临时变量，那么如何证明产生临时变量了呢？很简单，不信你看：

int& ret = Count();//报错

其实不难，不过需要你细品。
再看下面一段代码，问输出结果是什么？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;
}

其实这里的 Add 函数是错误的，因为 c 是局部变量，出了作用域就被销毁了，所以不能使用引用传参，会导致野指针。

注意：函数返回时，出了函数作用域，如果返回对象还未还给系统，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。

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。

引用和指针的区别

在语法概念上引用就是一个别名，没有独立的空间，和其引用的实体共用同一块空间。

int a = 10;
//语法角度而言，ra是a的别名，没有额外开空间
int& ra = a;
//语法角度而言，pa存储a的地址，pa开了4/8个字节的空间
int* pa = &a;

不过在底层实现上其实是有空间的，因为引用是按照指针方式来实现的。看汇编代码即可证明：

int a = 10;

int& ra = a;
ra = 20;

int* pa = &a;
*pa = 20;

我们来看一下引用和指针的汇编代码对比：

看到了吗，一模模一样！

总结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的实体；
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位平台占4个字节，64位平台占8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，指针需要显示解引用，引用是编译器自己处理；
8. 引用比指针使用起来相对更加安全。

上面这8点，不要死记硬背，要理解性记忆哦！

大厂面试真题

1、关于引用以下说法错误的是（ ）。(阿里)
A.引用必须初始化，指针不必
B.引用初始化以后不能被改变，指针可以改变所指的对象
C.不存在指向空值的引用，但是存在指向空值的指针
D.一个引用可以看作是某个变量的一个“别名”
E.引用传值，指针传地址
F.函数参数可以声明为引用或指针类型
解析：引用表面好像是传值，其本质也是传地址，只是这个工作有编译器来做，所以E错。

2、引用”与指针的区别是什么( )
A.指针通过某个指针变量指向一个对象后，对它所指向的变量间接操作。程序中使用指针，程序的可读性差；而引用本身就是目标变量的别名，对引用的操作就是对目标变量的操作
B.引用通过某个引用变量指向一个对象后，对它所指向的变量间接操作。程序中使用引用，程序的可读性差；而指针本身就是目标变量的别名，对指针的操作就是对目标变量的操作
C.指针比引用更节省存储空间
D.以上都不正确

解析：指针是间接操作对象，引用时对象的别名，对别名的操作就是对真实对象的直接操作；指针需要开辟空间，引用不需要开辟空间。

3、关于引用与指针的区别，下面叙述错误的是( )
A.引用必须被初始化，指针不必
B.指针初始化以后不能被改变，引用可以改变所指的对象
C.删除空指针是无害的，不能删除引用
D.不存在指向空值的引用，但是存在指向空值的指针

解析：空指针没有任何指向，删除无害，引用是别名，删除引用就删除真实对象。

遇见安然遇见你，不负代码不负卿。