CPP引用

引用

一、C++ 引用

C++ 中的引用 (Reference) 是一种特殊的变量，本质上是一个已存在的变量的别名。它提供了一种间接访问其他变量的方式。

引用本身不占用额外的内存空间来存储数据，而是与一个已存在的变量绑定，通过引用访问或修改的就是该绑定的变量。因此可以说引用是一个已存在变量的另一种访问方式。

1、引用的使用

语法：

数据类型 &别名 = 变量名(已存在);

示例：

int main(){ int a = 10; int &b = a; //声明引用变量 只是绑定到已有的变量 a 上,成为它的另一个名字或者说别名｡cout << "a = " << a << endl; //10cout << "b = " << b << endl; //10cout << "a地址 = " << &a << endl; //a地址和b地址是一样的cout << "b地址 = " << &b << endl; b = 20; cout << "a = " << a << endl; cout << "b = " << b << endl;
}

从上面示例代码中可以看到，修改了引用变量 b 的值，那么变量 a 的值也发生了变化，说明它们是指向同一块内存中的变量。引用即是一个变量的别名。

2、引用的注意事项

(1) 声明引用必须进行初始化：

在 C++ 中，引用在声明时必须初始化。因为引用是已存在变量的别名，它不可以“空引用”，必须与某个已有变量关联。

int x = 5;
int& ref = x;  // 正确，引用 ref 被初始化为 x 的别名int& ref2;      // 错误：引用必须在声明时初始化

(2) 引用初始化后，不可以改变：

一旦引用绑定到一个变量，就不能改变引用指向的对象，它始终引用最初绑定的变量。

int x = 10;
int y = 20;
int& ref = x;  // ref 是 x 的引用ref = y;        // 这是赋值操作，将 y 的值赋给 x，而不是改变引用的目标
cout << ref << endl;  // 输出 20，x 被修改为 20，但 ref 依然指向 x，而不是 y

(3) 引用不能为 NULL：

引用不能是空引用，也不能指向 NULL。引用必须在创建时与一个有效的对象关联，不能指向一个“空”位置。

int x = 10;
int& ref = x;  // 正确：ref 引用 xint* ptr = nullptr;
int& ref2 = *ptr;  // 错误：不能为 NULL 引用

引用必须指向有效对象，这与指针不同，指针可以为 NULL。

(4) 一个变量可以有多个引用：

一个变量可以有多个引用，它们都指向同一个内存地址，并且共享同一个值。

int x = 10;
int& ref1 = x;  // ref1 是 x 的引用
int& ref2 = x;  // ref2 也是 x 的引用ref1 = 20;       // 修改 ref1 所引用的值，也就是 x
cout << x << endl;  // 输出 20
cout << ref2 << endl;  // 输出 20

(5) 引用不能指向常量或临时变量：

普通引用不能绑定到常量或临时变量，因为它们无法修改常量的值或持有临时变量的地址。

int x = 10;
int& ref1 = x;    // ref1 是 x 的引用
// int& ref2 = 20;  // 错误：引用不能指向常量或临时变量，10 是一个临时变量

二、引用作为参数

由于引用提供了一种轻量级的、不增加额外存储开销的方式来操作已存在的变量，因此常用于函数参数传递、返回值优化等场景，以提高代码的效率和可读性。

1、避免复制成本

引用作为函数的参数，可以减少值传递带来的开销，尤其是在传递大型对象时，能避免昂贵的深拷贝。

2、修改原始数据

使用引用参数可以实现对实参的直接修改。

#include <iostream>
using namespace std;
void swap(int* a,int* b) {int temp = *a;*a = *b;*b = temp;
}
void swapWithXor(int &a, int &b) {if (a != b) {  // 避免当a和b是同一个变量时值被清零a = a ^ b;  // 第一步：a存储a和b的异或结果b = a ^ b;  // 第二步：b = (a^b)^b = a（恢复a的原始值）a = a ^ b;  // 第三步：a = (a^b)^a = b（恢复b的原始值）}
}
void swap(int& num1, int& num2){ int temp = num1; num1 = num2num2 = temp;
}
int main(){ int a = 10; int b = 20; swap(a, b); cout << "a = " << a << endl; cout << "b = " << b << endl;
}

运行结果发现，a 和 b 的值发生了改变，也就是说通过引用传参相当与给变量起了一个别名，最终都是对同一个变量的操作。

3、对比指针

使用引用和指针作为函数参数的区别：

（1）直接使用引用变量进行赋值和修改，语法简洁，不需要解引用操作符 (*)。

（2）引用和指针都可以作为函数参数来实现数据的共享和修改，使用指针需要程序员自行管理内存和检查指针的有效性。而引用不能为 nullptr ，因为在定义时必须要进行初始化，总是指向某个有效的对象，所以这在一定程度上强制了函数调用时必须提供有效的对象。

void func(int& var){ var = 100; //不需要处理空值,因为引用在使用前必须初始化,保证值是有效的
}
int* func(int* var){ if (var != nullptr) { //需要检查指针的有效性return var;}
}
int main(){ int a = 10; func(a); int* result = func(&a); delete result; //手动释放内存result = nullptr;
}

（3）使用指针作为函数参数，可以在函数内部改变指针的指向，这是引用类型参数所不具备的。

void func1(int* var){ var = new int(10);//指向新的地址
}

三、引用作为函数的返回值

用引用作为函数的返回值，最大的好处是，在内存中不产生被返回值的副本。

1、引用作为函数返回值

我们来看一段代码：

//定义全局变量
int temp;
int fun1(){ temp = 10;return temp;
}
int& fun2(){ temp = 10;return temp;
}
int main() { // 1. 返回值类型int a = func1();  // 调用 func1 获取返回值a = 99;            // 修改 a，不影响 tempcout << temp << endl; // 输出 10，因为 func1 返回的是值// 2. 返回引用类型int& b = func2();  // 调用 func2 获取返回引用b = 88;            // 修改 b，同时修改 tempcout << temp << endl; // 输出 88，因为 func2 返回的是引用
}

上述代码中会出现两层拷贝，当执行语句 int a = fun1 (); 的时候会先创建一个临时变量，把返回值拷贝给隐藏的临时变量，然后再把临时变量的值再拷贝给 a，假设这个临时变量是 t，相当于做了这两个赋值的步骤：

t = temp;
a = t;

而返回引用在内存中不会产生副本，是原有变量的一个别名，这样就避免产生临时变量，相比返回普通类型的执行效率更高。

2、使用引用作为函数返回值注意事项

局部变量不要作为引用返回，函数执行完成后，局部变量会被销毁。

#include <iostream>
using namespace std;
int& test(){ int a = 1int& b = a; //局部变量不要作为引用返回,函数执行完成后,局部变量内存会被释放,导致返回的引用成为悬挂引用｡return b;
}
int main(){ int& a = test(); cout << "返回结果:" << a << endl; //返回结果:-858993460
}

如果要返回局部变量，可以使用 static 修饰，静态变量存在于全局区，全局区上的数据在程序结束后释放。

int& test(){ static int a = 1; int& b = a; return b;
}

3、函数的调用可以作为左值

（1）左值
在 C++ 中，表达式分为左值和右值。

左值 (lvalue)：指的是持久的对象，通常指代表达式结束后依然存在的对象。

特点：

• 左值在内存中有明确的地址，可以取地址。
• 左值可以被修改，即可以出现在赋值语句的左侧。
• 左值可以出现在赋值表达式的左边或右边。

int a = 10; // 'a' 是左值,10 是右值
int* p = &a; // 正确,取变量地址,'a' 是左值
int b = a + 1; // 正确,使用左值

（2）右值
右值 (rvalue)：指的是临时的对象，通常指表达式结束后不再存在的对象。

特点：

• 右值不能取地址。
• 右值不能出现在赋值语句的左侧。

int a = 10; 
int* p2 = &(a+1); // 错误,表达式(a+1)的结果是一个右值,右值不能取地址
int x = 10;
int y = 20;// 同样,下面的尝试也是无效的
(x + y) = 100; // 编译器错误:表达式 (x + y) 是一个右值,不能出现在赋值语句的左边

（3）函数调用作为左值
当函数返回引用时，函数的调用可以作为左值。

int a;
int& test(){ a = 10; return a;
}
int main(){ int& num1 = test(); //返回的是 a 的引用//num1是 a 的引用,因此输出10｡cout << num1 << endl; //test()返回a的引用,所以可以将a的值改为 20test() = 20;cout << num1 << endl; //输出num1的值
}

四、常引用

1、常引用的定义

通过 const 关键字定义常量引用，必须在声明时初始化。

const int &a = 10;

上述代码中，10 是一个字面值常量，本身不是变量，不能直接被引用。但是使用 const 修饰后，编译器会创建一个临时变量，相当于下面的代码：

int temp = 10;
const int &a = temp;

此时，如果想要修改 a 的值，是不被允许的。会提示表达式必须是可修改的左值。

a=100;

常量引用主要用来修饰形参，提高安全性，防止形参改变实参。

如下代码，向 test () 函数传入实参变量 a，test () 函数执行之后，输出 a 的值是 100。也就是说函数执行完成后，会对外部的变量 a 产生影响。

int a = 10;
const int& ref = a;

• 这里 ref 是对 a 的常量引用（const int&），表示通过 ref 不能修改 a 的值（ref = 20; 是错误的）。

• 但是 a 本身是非const变量，可以直接修改 a（a = 20; 是合法的）。

• const int& 的重点是：引用本身是不能修改所引用对象的内容。

2、指针常量和常量指针：

const 可以修饰指针的两部分：指针本身 和 指针指向的内容。具体的含义如下：

1. const int* p 或 int const* p：

   • p 可以改变指向不同的内存位置，但 不能修改指向的内容。

   void func(const int* p) {// *p = 10;  // 错误：不能修改指针指向的内容int b = 20;p = &b;  // 正常：可以修改指针的指向
   }
   

2. int* const p：

   • p 是常量指针，指针本身不能修改，但 可以修改指向的内容。

   void func(int* const p) {*p = 10;  // 正常：可以修改指针指向的内容int b = 20;// p = &b;  // 错误：不能修改指针的指向
   }
   

3. const int* const p：

   • p 是常量指针，指针本身不能修改，指针指向的内容也不能修改。

   void func(const int* const p) {// *p = 10;  // 错误：不能修改指针指向的内容// p = &b;  // 错误：不能修改指针的指向
   }
   

总结：

• const 左边修饰指针的内容（const int* p）：指针指向的内容不可通过指针修改，但指针本身可以指向其他地址，指针指向的变量也可以直接被赋值修改。
• const 右边修饰指针本身（int* const p）：指针本身指向的地址不可修改，但指针指向的变量的值可以被修改。

类型	含义	是否能修改值	是否能修改指针
const int* p	常量指针：不能通过 p 修改指向的值	❌ 否	✅ 是
int* const p	指针常量：指针地址不可变，值可改	✅ 是	❌ 否
const int* const p	指向常量的常量指针，两者都不可变	❌ 否	❌ 否

const 在 * 左边，指向内容不能变 → 常量指针
const 在 * 右边，指针地址不能变 → 指针常量

把const当作常量就行了！