C++入门——引用

一、引用的概念

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。这就好比《水浒传》中，一百零八位好汉都有自己的绰号。
通过&符号，我们可以实现对一个变量的引用。

1.使用规则

如图所示：
示例1

在这里，我们先定义了一个变量a，int& b的意思就是给a取别名为b，因为a定义的是一个整型，因此是int&，如果a是浮点型，则取别名为double&，如果a为整型指针，那么取别名就应该写为int*&。
我们可以给同一个变量取多个别名，比如这里就是把a取别名为b，把b又取别名为c，其实，b和c都是a的别名，就像《水浒传》中一个好汉可能有好多个称呼，比如鲁智深，他在做和尚之前名为鲁达，作为提辖，人称鲁提辖；后来人们又叫他“花和尚”，一个道理。
我们将a以及它的别名b，c的地址打印出来，不难发现都是指向同一块空间。

2.注意事项

引用在定义时必须初始化，指针没有要求。如图所示：
同理，我们也不能引用空指针。
我们来看下面两段代码：

在两段代码中，均初始化了两个变量int a=1，int b=10；在第一段代码中，我们给变量a取别名为x，然后，我们让x=b。怎么理解这个x=b呢？我们先来运行一下，发现此时a和b都是10，说明a发生了变化。如果x=b意思是x刚才是a的别名，现在变成b的别名，那么a的值就不会发生变化；而事实恰恰相反，说明这里的=并不是改变引用的对象，而是一个赋值，将b的值拷贝给a的别名x，既然a的别名发生了变化，自然而然a也就发生了变化，因为a和x本来就是一个变量，就好比“豹子头”喝了酒就是林冲喝了酒，同样的意思。第二段代码就有所不同了，p作为一个指针，它指向的对象是可以改变的。因此我们可以总结出引用和指针的一个不同点：引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体，而指针可以任意改变指向的对象。
引用是编译器自己处理，指针需要显式解引用，
让我们来感受一下：

这是一个经典的交换两个数的函数，我们以前都是用的第一种方法，使用指针，但是在函数中需要写解引用；有了引用（取别名）操作后，我们在传参的时候也不需要传地址，直接传值即可，因为函数形参都是int&，是实参的别名，因此在函数里直接修改别名即可，更加方便。

二、引用作参数、返回值

1.引用作参数

示例7
上文提到的就是一个典型的例子，引用做参数，能够减少拷贝提高效率，尤其是大对象，深拷贝对象（以后会逐渐讲解），使用引用效率更高，我们举个例子：

#include <time.h>struct A 
{int a[100000];
};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;
}

运行结果如图：
示例8
很明显，传引用效率更高。

2.引用作返回值

传值返回：
传引用返回：

这里返回的是n的引用
引用作返回值，能够减少拷贝提高效率，尤其是大对象，深拷贝对象（以后会逐渐讲解），使用引用效率更高，我们举个例子：

#include <time.h>struct A
{ int a[10000];
};A a;
// 值返回
A TestFunc1()
{return a; 
}
// 引用返回
A& TestFunc2() 
{ return a; 
}void TestReturnByRefOrValue()
{// 以值作为函数的返回值类型size_t begin1 = clock();for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)TestFunc1();size_t end1 = clock();// 以引用作为函数的返回值类型size_t begin2 = clock();for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)TestFunc2();size_t end2 = clock();// 计算两个函数运算完成之后的时间cout << "TestFunc1 time:" << end1 - begin1 << endl;cout << "TestFunc2 time:" << end2 - begin2 << endl;
}int main()
{TestReturnByRefOrValue();return 0;
}

很明显，引用作返回值效率更高。

基本所有的场合都可以用引用进行传参。
需要注意的是，我们应当谨慎使用引用作为函数的返回值，如果出了函数的作用域，引用的对象不在了，就不能使用引用作返回，还在（比如static int a）就可以用引用返回。

三、引用的权限问题——常引用

1.引用过程中，权限不能放大

如图所示：
示例11
这里的a加了const，是不能被修改的，但是a的别名b没有加const，是可以被修改的，在引用（取别名）的过程中，a的权限被放大，因此产生报错，作如下修改即可：
示例12
这样一来，a和b都是不能被修改的，它们的权限相等。

2.引用的过程中，权限可以平移或缩小

权限平移

上文的示例就是一个权限的平移，a和它的引用b都加上了const，都是不能被修改的。
权限缩小
如图所示：

如图所示，这里的a是可以被修改的，它的别名b是不可以被修改的，这就是权限的缩小，那么既然b不可以被修改，为什么a+1后b也+1了呢？我们打个比方，宋江让李逵下山办事，城里的人们都知道“黑旋风”的存在，因此宋江告诉李逵，下山后，人人都知道你是“黑旋风”，你不能喝酒，喝酒会误事，等你回来后，我们再慢慢喝。也就是说，李逵作为“黑旋风”时，不能喝酒，在这里就相当于a的别名b不能被修改；李逵上山后，宋江又允许他喝酒了，这里就相当于a+1，那么，既然李逵上山后喝了酒，“黑旋风”不就喝酒了吗，a+1就是b+1，只不过在只能以b的形式出面时，权限被约束罢了。