文章目录

• 【C++】引用以及关联函数（详解）
• 1.引用
• • 1.1引用概念
  • 1.2引用的使用
  • 1.3引用的特性
  • 1.4常引用
  • • 1.4.1取别名的权限问题：
    • • const常量：
      • double和int相互引用：
  • 1.5引用的使用场景
  • • 1.做参数
    • • 传参
      • 做输出型参数
    • 2.函数返回值
  • 1.6传值、传引用效率比较
  • 1.7引用和指针的区别
  • • 引用和指针的不同点:
• 2.关联函数
• • 2.1概念
  • 2.2特性
• 结语

【C++】引用以及关联函数（详解）

1.引用

1.1引用概念

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。

例如:我们知道一位伟大的球星科比-布莱恩特，我们通常叫他为科比，在NBA上他也有一个称号，叫黑曼巴。

1.2引用的使用

类型& 引用变量名(对象名) =引用实体；

int a = 10;int& b = a;//定义引用类型int* p = &b;//取地址

这里我们就称b是a的引用，虽然引用和取地址符都是用的同个字符，但是用法是不同的。

通过调试，我们可以看到a和b同属一块地址。

注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的

1.3引用的特性

1. 引用在定义时必须初始化

int  &d；//错误

2. 一个变量可以有多个引用

int  a=10;int& b=a;int& c=b;int& d=c;

3. 引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体

int e =20;b=e；//e赋值给b,b的地址还是a

我们可以通过调试来验证一下。

#include using namespace std;int main(){int a = 10;int& b = a;int& c = b;int e = 20;b = e;return 0;}

我们可以看到e的地址和其他引用是不同的，只是赋值给了其他引用变量。

1.4常引用

引例：

当我们看到这个代码，如果加上const关键字，然后进行引用时，我们会发现编译错误，

而当我们在引用前面也加上const的时候，我们发现程序就可以正常运行了

那如果我们原先不用const修饰，最后用const引用呢

答案也是可以的，这是为什么呢，这涉及到了取别名的原则

1.4.1取别名的权限问题：

• 对原引用变量，权限（读写权限）只能缩小，不能放大

以上面的例子来解读：

const int x=20;//可读不可写int &y=x；    //可读可写    //放大了权限,错误    const int &y=x;//不变int c=30;    //可读可写const int &d=c;   //可读     //缩小了权限

因为const关键字限制了我们读写权限，只能阅读，不能修改。

我们只能缩小读写权限，而不能放大读写权限。

const常量：

那么问题来了，如果我们对一个常量进行引用呢，

const int& c = 20;

则必须在引用前面加上const，因为常量具有常性（不能被修改），如果我们不加上const相当于赋予c可读可写的权限，就放大了权限，是不行的

double和int相互引用：

double d=2.2;int f=d; const int& e=d；

上面的例子为什么这里赋值不需要加上const，而引用需要加上const呢，我们来分析一下。

首先，我们将一个double类型的变量赋值给了int类型的变量，由于隐氏类型转换，double类型字节为8，int类型为4，所以赋值给 f 只有整数部分。然后其实赋值的时候并不是直接赋值的，而是会先创健一个临时变量，先赋值给临时变量，最后才赋值给 f 。

而临时变量具有常性

所谓临时变量就是临时创建，必须是指向特定的内容不可更改

但是 f 的改变不会改变d，只是一种拷贝，所以我们没有改变他的读写权限，不需要加上const。

所以我们在用const int&类型来引用double时，实际上引用的是编译器产生的临时变量，也会创建一个临时变量。

所以这里我们引用的是这个临时变量，而临时变量具有常性（不可修改），不加const的话，我们就扩大了权限。

int &e=d;  //放大权限const int&e=d；//缩小权限

所以其实这里&e是临时变量的地址，且临时变量不会销毁，生命周期和i同步

double赋值给int 给整数部分，
引用就相当于创建了一个整数部分的常数变量
引用的本质还是一个int类型、

我们可以调试验证一下：

这里的e的地址和d的地址是不一样的，且e的值为2（验证了隐氏类型转换）

其实总结出来就是，引用和指针都是，一个改变就会影响原先的变量，就容易发生扩大权限的情况。

1.5引用的使用场景

1.做参数

传参

之前我们在学C语言的时候，如果修改某一个main传过来的参数，就必须进行`传址调用，

然而在C++中我们就可以使用引用来操作

void f（int& a）

因为实参给形参传值和传地址都需要传一份值/地址的拷贝，引用传参可以减少拷贝，提高效率

#include using namespace std;int add(int& a,int& b){  return  a+b;}int main(){    add(1,2);}

而且我们也可以配合函数重载，写出多个交换函数

void Swap(int& x,int& y){int tmp=x;x=y;y=tmp;}void Swap(double& x,double& y){int tmp=x;x=y;y=tmp;}int main(){    int a=1,b=2;    Swap(a,b);    int c=1.1,d=2.2;    Swap(c,d);//看起来很像一个函数，其实是俩个函数，用起来很舒服}

注意的是当我们使用引用为参数的时候，

这里的参数是传不过去的，因为涉及到了权限的放大，这些参数都是只读，直接引用会扩大权限

所以这里我们只需要在函数传参加上const就行了

void func(const int& x)

const引用传参的好处：

• 减少拷贝，提高效率
• 任何类型都可以传，包括类型转换

做输出型参数

​ 我们在leetcode做oj题的时候，往往会出现输出型参数， 如果在C++中采用引用代替会更加方便。

2.函数返回值

int& Count(){    int n = 0;//变量n没有加static,返回的变量n可能会被覆盖    n++;    cout << " & n：" << endl;    return n;}int main(){    int& ret = Count();    cout << ret << endl;    cout << "&ret:" << ret << endl;    cout << ret << endl;}

首先我们来分析一下没有引用的传值输入

普通的传值返回需要把返回值n给一个函数类型int的临时变量(函数类型就是返回值类型)，再把临时变量给ret。

这里设计一个临时变量的原因：

为当函数Count里执行完各种代码后，返回n，等出了Count函数的作用域后n就会销毁，所以不能直接把n给ret，需要一个临时变量。

如何证明返回时存在临时变量呢？：

如果你用int& ret 接收，写成int& ret = Count(); 发现无法运行，因为临时变量有常性，所以需要写成const int& ret = Count(); 才能通过。

我们再来看看传引用返回

当用引用接收引用返回时：这里ret和n的地址一样，也就意味着ret其实就是n的别名。但是因为n出作用域不会立即被覆盖，所以第一次通过ret可以打印是1，当打印第二次时，因为前面已经调用过一次打印函数，已 “销毁” 的Count函数栈帧在此时被打印函数覆盖，再打印ret就会是随机数了！

即：

• 如果函数返回时，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

用static修饰n后：用static静态变量使n只初始化一次且改变其生命周期，把n放进了静态区，这样n就一直存在，就可以通过ret找到n了，再怎么打印ret都是1.

1.6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。

因为在函数返回传参的时候，其实是先把返回值存放到寄存器中，而不是直接返回给main函数的变量

• 当返回值很小（指占用空间）的时候，会用寄存器存放它的值
• 当返回值很大的时候，部分编译器会先在main函数中预先开辟栈帧用来存放返回值

我们可以通过代码测试一下效率：

#include #include using namespace std;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;}int main(){TestRefAndValue();    return 0;}

我们再来加上传址的函数，与传值和引用对比

我们可以看到传址和引用的传参销毁都是差不多的，都比传值效率好，因为传值需要拷贝数据。

1.7引用和指针的区别

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

我们可以通过查看他们的汇编代码，了解他们的底层实现

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

但是在底层实现上实际是有空间的，因为指针和引用的汇编代码是相同的

引用是按照指针方式来实现的。

引用和指针的不同点:

• 引用是别名；指针是指向地址
• 引用必须在定义的时候初始化；指针无要求
• 引用的sizeof大小和引用对象相同；指针无论指向的谁，大小都是4/8
• 引用不能为NULL；指针可以为NULL
• 引用++即对象数值+1；指针++是指向的地址向后偏移
• 引用无多级；指针存在二级、三级……
• 引用比指针使用起来更加安全（不会出现野指针）
• 引用是编译器处理的；指针需要手动解引用
• ……

2.关联函数

2.1概念

以inline修饰的函数叫做内联函数，编译时C++编译器会在调用内联函数的地方展开，没有函数压栈的开销， 内联函数提升程序运行的效率。

#include #include using namespace std;#define ADD(a,b) ((a)+(b))inline int Add(int a,int b){  return a+b;}int main (){  int sum=ADD(1+3,2+4);//4+6=10printf("%d\n", sum);   int ret = 0;  ret=Add(3,4);  return 0;}

这里会觉得之前C语言学的#define类似，但是define是直接替换，内联函数不是。

如果在上述函数前增加inline关键字将其改成内联函数，在编译期间编译器会用函数体替换函数的调用

查看方式：

• 在release模式下，查看编译器生成的汇编代码中是否存在call Add

• 在debug模式下，需要对编译器进行设置，否则不会展开(因为debug模式下，编译器默认不会对代码进行优化，以下给出vs2022的设置方式)

右击点击项目，点击属性-》

然后打断点，进行调试，右击转到反汇编，

我们可以看到没有call ！

2.2特性

• inline是一种以空间换时间的做法，省去调用函数额开销。所以代码很长或者有循环/递归的函数不适宜使用作为内联函数。

• inline对于编译器而言只是一个建议，编译器会自动优化，如果定义为inline的函数体内有循环/递归等等，编译器优化时会忽略掉内联。

• inline不建议声明和定义分离，分离会导致链接错误。因为inline被展开，就没有函数地址了，链接就会找不到

比如我们进行多文件操作，把内联函数的声明和定义放在不同的源文件和头文件中，编译器会报错找不到函数

// F.h#include using namespace std;inline void f(int i);// F.cpp#include "F.h"void f(int i) { cout << i << endl; } // main.cpp#include "F.h"int main(){ f(10); return 0;  } // 链接错误：main.obj : error LNK2019: 无法解析的外部符号 "void __cdecl f(int)" (?f@@YAXH@Z)，该符号在函数 _main 中被引用

结语

以上就是C++中引用和内联函数的内容啦~

局座张召忠