c++的学习之路:3、入门(2)

一、引用

1、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。

怎么说呢,简单点理解就是你的小名,家里人叫你小名,你就不是你了?显然不是,这个就是引用的概念,在变成过程中,引用的用法就是如下方图片就是最简单的引用表示,我先定义一个变量a然后给a取别名为b然后这里是把他们的地址都打印出来了,然后发现他们的地址都是一个,这样就能最简单的证明了引用就是取别名,就是共同访问同一个地址。

那么能否给b接着取别名呢?

当然可以了,如果收,别人叫你的小名,再给这个小名去一个小名就不是自己了?,代码测试如图,这样就可以得出引用是可以套用的。而&这个就是引用的符号,他和取地址符是同一个,那是因为他的原理其实就是一个指针。

2、引用的特性

引用在定义时必须初始化,因为引用和指针不同,指针是存放这个变量的地址,也就是说,这个指针,也可以不初始化,放入空值都是可以的。

 一个变量可以有多个引用,这个就像上文中说的,可以取好几个别名,最间的的说明就是一个人是可以有很多称呼的,如下图就可以看出,对d取地址就可以看出也是a。

引用一旦引用一个实体,再不能引用其他实体 ,这个引用不学指针可以更改地址,引用是只可以对一个变量引用,也就是说b是a的引用,那么b只能是a的别名,不可能存在b是别的别名,那么就可以说明引用具有唯一性。

引用是具有等级权限的 ,最简单就是常量,如下如图所示,就可以看出,如果对一个常量进行引用,就会报错,这就是引用的权限,引用是只可以限制权限,不能放大权限,就像下图所示,a是一个常量,然后他的属性是只读,那么b想引用他,并且变成可以写的变量,那肯定是不可以的,但是假如说,变量a是可以读写的,引用的时候只限制成只读,可以吗?答案是可以的,因为引用可以把权限变小,如下图二所示是没有报错的就是可以的,那么如何引用常量呢,就是把权限限制为平级,也就是也变成常量,如下图三就是把别名也变成常量,那么权限就是平级的了,所以也就是可以使用引用了。

 3、引用可以做什么?

最简单的就是传参,例如以前想要改变一个变量的值,那么就需要传递一个指针过去,但是有了引用就轻松多了,可以直接传参过去,然后函数内引用,访问的还是这个变量的地址,效果如图就是利用引用进行传参,还有就是返回值,就是经常使用的函授返回值,例如ADD返回两数相加的和,那么利用引用的话可以直接接收,不会产生临时变量,毕竟函数返回时,在栈帧销毁时,返回的值也是一个局部变量,会在函数结束时,随着栈帧的销毁而销毁,所以函数的返回时本质是创建一个临时变量,进行传参,在销毁,用引用传参如下图所示。

 但是一般的函数是不能这样使用的,因为如果一个函数在销毁后,接着去访问这个地址可能会找到啥?这个是不确定的,因为临时变量是在会销毁的,如果这个空间在销毁时,没被随机值刷新,那么可能会找到正确的值,但是如果这个空间在销毁时被随机值刷新了 ,那么就是访问到随机值,这个就是一个典型的越界访问了,所以这样使用引用时是有限制的,只有在静态变量、全局变量、栈帧还没没有销毁时、malloc等情况下才能用引用去取返回值,其他的情况就需要使用返回值了,那么对比一下引用和返回值的效率吧,代码测试如下图可以看出差别还是挺大的。

#include <time.h>
struct A { int a[10000]; };
void test1(A a) {}
void test2(A& a) {}
void test3()
{
    A a;
    size_t begin1 = clock();
    for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)
        test1(a);
    size_t end1 = clock();
    size_t begin2 = clock();
    for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)
        test2(a);
    size_t end2 = clock();
    cout << end1 - begin1 << endl;
    cout << end2 - begin2 << endl;
}

int main()
{
    test3();
    return 0;
}

4、引用和指针的区别

在上面说过引用的原理其实就是指针,但是引用和指针还是有点区别的,区别如下:

① 引用概念上定义一个变量的别名,指针存储一个变量地址。

② 引用在定义时必须初始化,指针没有要求

③引用在初始化时引用一个实体后,就不能再引用其他实体,而指针可以在任何时候指向任何一个同类型实体

④没有NULL引用,但有NULL指针

⑤在sizeof中含义不同:引用结果为引用类型的大小,但指针始终是地址空间所占字节个数(32位平台下占4个字节)

⑥引用自加即引用的实体增加1,指针自加即指针向后偏移一个类型的大小

⑦有多级指针,但是没有多级引用

⑧访问实体方式不同,指针需要显式解引用,引用编译器自己处理

⑨引用比指针使用起来相对更安全 

二、内联函数

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,没有函数调
用建立栈帧的开销,内联函数提升程序运行的效率。

简而言之就是和宏的用处差不多,宏是有缺陷,因为在宏的使用时是直接替换的,这样代码的安全性就大大下降了,总结一下宏的优缺点

优点:

1.增强代码的复用性。

2.提高性能。

缺点:

1.不方便调试宏。(因为预编译阶段进行了替换)

2.导致代码可读性差,可维护性差,容易误用。

3.没有类型安全的检查 。

而内联函数的用法就是和宏差不多,但是它可以把一个函数变成宏,但是有一点就是内联时,函数的代码是要求尽量简短,当然如果过多时编译器依然会把他当成函数处理,在简短 时内联函数就是直接替代,从下图反汇编就可以看出内敛函数是直接替代的,而不是call这个函数但是当行数过多时依然会当成函数调用了,测试如下,就可以看出内联函数也不是所有都可以替代。内联函数也不建议声明和定义分离,分离会导致链接错误。因为内联函数被展开,就没有函数地址了,链接就会找不到

inline int ADD(int a, int b)
{
    return a + b;
}

inline int ADD1(int a, int b, int c)
{
    c = a + b;
    a = a + b;
    b = a + b;
    c = a + b;
    a = a + b;
    b = a + b;
    c = a + b;
    a = a + b;
    b = a + b;
    c = a + b;
    a = a + b;
    b = a + b;
    c = a + b;
    a = a + b;
    b = a + b;
    c = a + b;
    a = a + b;
    c = a + b;
    b = a + b;
    return c;
}
int main()
{
    int ret = ADD(1, 3);
    int ret1 = ADD1(1, 3,2);
    return 0;
}

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