狄泰c++第5课

一、引用的意义

• 引用作为变量别名而存在，因此在一些场合可以代替指针
• 引用相对于指针来说具有更好的可读性和实用性

swap函数的实现对比

//引用
void swap(int& a,int& b){
  int t = a;
  a = b;
  b = t;
}

//指针
void swap(int* a,int* b){
  int t = *a;
  *a = *b;
  *b = t;
}

注意：函数中的引用形参不需要进行初始化！在函数调用的时候已经进行了初始化

二、特殊的引用

• const引用
  • 在C++中可以声明const引用
  • const Type&name =var;
  • const 引用让变量拥有只读属性，但通过指针仍然可以修改

int a = 4;
const int& b = a;
int* p = (int*)&b;

b = 5;  //Error，只读变量
*p = 5; //OK，修改变量a的值

• 当使用常量对const引用进行初始化时，C++编译器会为常量值分配空间，并将引用名作为这段空间的别名

const int& b = 1; //OK
int* p = (int*)&b;
b = 5;  //Error，只读变量
*p = 5; //OK，修改变量a的值

结论：使用常量对const引用初始化后将生成一个只读变量

实例分析：引用的特殊意义

#include<stdio.h>

void Example(){
    printf("Example:n");

    int a = 4;
    const int& b = a;
    int* p = (int*)&b;

    //b = 5;
    *p = 5;
    printf("a = %dn",a);
    printf("b = %dn",b);
}

void Demo(){
    printf("Demo:n");
    const int& c = 1;
    int* p = (int*)&c;

    //c = 5;
    *p = 5;
    printf("c = %dn",c);
}

int main(int argc,char *argv[]){
    Example();
    printf("n");
    Demo();
    return 0;
} 

打印结果：

Example:
a = 5
b = 5

Demo:
c = 5

编程实验：引用的思考

#include<stdio.h>

struct TRef{
    char& r;
};

int main(int argc,char *argv[]){
    char c = 'c';
    char& rc = c;
    TRef ref = { c };

    printf("sizeof(char&) = %dn",sizeof(char&));
    printf("sizeof(rc) = %dn",sizeof(rc));

    printf("sizeof(TRef) = %dn",sizeof(TRef));
    printf("sizeof(ref.r) = %dn",sizeof(ref.r));

    return 0;
}

打印结果：

sizeof(char&) = 1
sizeof(rc) = 1
sizeof(TRef) = 8  //引用所占空间
sizeof(ref.r) = 1

三、引用的本质

• 引用在C++中的内部实现是一个常量指针

注意：

1. C++编译器在编译过程中使用常量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。
2. 从使用的角度，引用只是一个别名，C++为了实用性而隐藏了引用的存储空间这一细节

编程实验：引用的存储空间

#include<stdio.h>

struct TRef{
    char* before;
    char& ref;
    char* after;
};

int main(int argc,char *argv[]){
    char a = 'a';
    char& b = a;
    char c = 'c';

    TRef r = {&a,b,&c};

    printf("sizeof(r) = %dn",sizeof(r));
    printf("sizeof(r.before) = %dn",sizeof(r.before));
    printf("sizeof(r.after) = %dn",sizeof(r.after));
    printf("&r.before = %pn",&r.before);
    printf("&r.after = %pn",&r.after);
    return 0;
}

打印结果：

sizeof(r) = 24
sizeof(r.before) = 8
sizeof(r.after) = 8
&r.before = 000000000062FE20
&r.after = 000000000062FE30

四、引用的意义

C++中的引用旨在大多数的情况下代替指针

• 功能性：可以满足多数需要使用指针的场合
• 安全性：可以避开由于指针操作不当而带来的内存错误
• 操作性：简单易用，又不失功能强大

实例分析：函数返回引用

#include<stdio.h>

int& demo(){
    int d = 0;
    printf("demo: d = %dn",d);
    return d;
}

int& func(){
    static int s = 0;  //存储在全局静态存储区，可以改变
    printf("func:s = %dn",s);
    return s;
}

int main(int argc,char *argv[]){
    int& rd = demo();
    int& rs = func();

    printf("n");
    printf("main : rd = %dn",rd);
    printf("main : rs = %dn",rs);
    printf("n");

    rd = 10;
    rs = 11;

    demo();
    func();

    printf("n");
    printf("main : rd = %dn",rd);
    printf("main : rs = %dn",rs);
    printf("n");

    return 0;
}

打印结果：

demo: d = 0
func:s = 0

main : rd = 0
main : rs = 0

demo: d = 0
func:s = 11

main : rd = 0
main : rs = 11

五、总结

• 引用作为变量别名而存在旨在代替指针
• const引用可以使得变量具有只读属性
• 引用在编译器内部使用常量指针实现
• 引用的最终本质为指针
• 引用可以尽可能地避开内存错误