這篇文章主要介紹C++引用的意義與本質(zhì)是什么，文中介紹的非常詳細(xì)，具有一定的參考價(jià)值，感興趣的小伙伴們一定要看完！

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1、引用的意義

引用作為變量別名而存在，因此在一些場(chǎng)合可以替代指針，引用相對(duì)于指針來(lái)說(shuō)具有更好的可讀性和實(shí)用性

// swap函數(shù)的實(shí)現(xiàn)對(duì)比
void swap(int& a, int& b)
{
    int t = a;
    a = b;
    b = t;
}

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

注意：

函數(shù)中的引用形參不需要進(jìn)行初始化，初始化是在調(diào)用的時(shí)候完成的

2、特殊的引用

const引用

在C++中可以聲明const引用，具體用法如下：

const Type& name = var;

const引用讓變量擁有只讀屬性，這個(gè)只讀屬性是針對(duì)當(dāng)前的這個(gè)別名，變量是可以通過(guò)其它方式進(jìn)行修改

int a = 4;              // a是一個(gè)變量
const int  & b = a;     // b是a的一個(gè)引用，但是b具有只讀屬性
int * p = (int *)&b;    // p = &a
b = 5;     // err, 引用b 被const修飾，b是一個(gè)只讀變量
a = 6;     // ok
printf("a = %d\n", a);
*p = 5;    // ok
printf("a = %d\n", a);

當(dāng)使用常量對(duì)const引用進(jìn)行初始化時(shí)，C++編譯器會(huì)為常量值分配空間，并將引用名作為這段空間的別名

#include <stdio.h>
void Example()
{
    printf("Example:\n");  
    int a = 4;
    const int& b = a;
    int* p = (int*)&b;  
    //b = 5;    // b  
    *p = 5;   
    printf("a = %d\n", a);
    printf("b = %d\n", b);
}

void Demo()
{
    printf("Demo:\n");  
    const int& c = 1;
    int* p = (int*)&c;   
    //c = 5;
    *p = 5;
    printf("c = %d\n", c);
}

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

結(jié)論：

使用常量對(duì)const引用初始化后將產(chǎn)生一個(gè)只讀變量

問(wèn)題：引用有自己的存儲(chǔ)空間嗎？

struct TRef
{
    char& r;
}
printf("sizeof(TRef) = %d\n, sizeof(TRef));

驗(yàn)證程序：

#include <stdio.h>

struct TRef
{
    char& r;        // 字符類型引用
};

int main(int argc, char *argv[])
{ 
    char c = 'c';
    char & rc = c;
    TRef ref = { c }; // 用C進(jìn)行初始化, TRef.r 就是 c的別名了
    
    printf("sizeof(char&) = %d\n", sizeof(char&));     // char引用的大小，引用即變量本身，求所對(duì)應(yīng)的變量本身的大小，即sizeof(char) = 1
    printf("sizeof(rc) = %d\n", sizeof(rc));        // rc是一個(gè)引用，即sizeof(c) = 1
    
    printf("sizeof(TRef) = %d\n", sizeof(TRef));    // sizeof(TRef) = 4
    printf("sizeof(ref.r) = %d\n", sizeof(ref.r));  // TRef.r是 c的別名，sizeof(c) = 1

    // sizeof(TRef) = 4
    // 指針變量本身也是占4個(gè)字節(jié)
    // 引用和指針的關(guān)系
    
    return 0;
}

3、引用的本質(zhì)

引用在C++中的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)是一個(gè)指針常量

注意：

1、C++編譯器在編譯過(guò)程中用 指針常量 作為引用的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，因此引用所占用的空間大小于指針相同

2、從使用的角度，引用只是一個(gè)別名，C++為了使用性而隱藏了引用的存儲(chǔ)空間這一細(xì)節(jié)。

#include <stdio.h>

struct TRef
{
    char* before;     // 4字節(jié)
    char& ref;        // 4字節(jié)
    char* after;    // 4字節(jié)
};

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

    TRef r = {&a, b, &c};

    printf("sizeof(r) = %d\n", sizeof(r));    // sizeof(r) = 12
    printf("sizeof(r.before) = %d\n", sizeof(r.before)); // sizeof(r.before) = 4
    printf("sizeof(r.after) = %d\n", sizeof(r.after));   // sizeof(r.after) = 4
    printf("&r.before = %p\n", &r.before);    // &r.before = 0xbuf8a300c
    printf("&r.after = %p\n", &r.after);    // &r.after  = 0xbuf8a3014

    /*
     0xbuf8a3014 - 0xbuf8a300c = 8
     before占了4個(gè)字節(jié)，所以ref也是占4個(gè)字節(jié)
    */
    return 0;
}

引用的意義：

C++中的引用旨在大多數(shù)的情況下替代指針

• 功能性：可以滿足多數(shù)需要使用指針的場(chǎng)合

• 安全性：可以避開(kāi)由于指針操作不當(dāng)帶來(lái)的內(nèi)存錯(cuò)誤

• 操作性：簡(jiǎn)單易用，又不失功能強(qiáng)大

但是

引用可以在大多數(shù)情況下避免內(nèi)存的錯(cuò)誤，函數(shù)返回局部變量的引用，就沒(méi)法避免了

#include <stdio.h>

int& demo()
{
    int d = 0;
    
    printf("demo: d = %d\n", d);
    
    return d;    // 實(shí)際上是返回了局部變量的地址，局部變量函數(shù)結(jié)束就銷毀了，返回錯(cuò)誤
}

int& func()
{
    static int s = 0;
    
    printf("func: s = %d\n", s);
    
    return s;    // 返回靜態(tài)局部變量的地址，靜態(tài)局部變量存儲(chǔ)在全局區(qū)，函數(shù)結(jié)束生命周期還在，返回成功
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    int& rd = demo();    // rd 成為demo里面返回的局部變量d的別名，出現(xiàn)警告，但是通過(guò)編譯
    int& rs = func();    // rs 成為靜態(tài)局部變量 s 的別名
    
    printf("\n");
    printf("main: rd = %d\n", rd);    // rd = 13209588,rd代表的是一個(gè)不存在的變量，現(xiàn)在是一個(gè)野指針
    printf("main: rs = %d\n", rs);    // rs = 0
    printf("\n");
    
    rd = 10;
    rs = 11;        // 通過(guò)rs改變了靜態(tài)局部變量s的值
    
    demo();            // d = 10
    func();            // s = 11
    
    printf("\n");
    printf("main: rd = %d\n", rd);    // rd = 13209588
    printf("main: rs = %d\n", rs);    // rs = 11
    printf("\n");
    
    return 0;
}

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