C++——引用 reference

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pass by value vs. pass by reference (to const)

pass by value是整包傳遞，無論這個包多大。傳的動做其實是壓到funtion stack memory中。stack memory中有個好處就是Automatic memory management and garbage collection，可是整包傳遞的作法實在不高明。C爲了解決整包傳遞效率低下問題引入pointer，不傳遞整包東西而是改成傳遞整包東西的地址，32爲架構下一個pointer只佔4Byte，速度很快。C++引入reference，其行爲像pointer，可是處理手段更漂亮更高明。不像指針，你能夠把指針的地址打印出來，reference讓人看不到摸不着。reference在底部就是一個pointer，pass by reference就至關於pass by pointer那麼的快。雖然你可能遇到傳單個字符（大小才1Byte），這種狀況下pass by value比pass by reference還快，但大多數狀況，或者一個通用的準者是首選pass by reference.

C中pass by pointer，接收者對pointer的更改會影響發送者。C++中pass by reference 也會存在這個問題。若是你不但願接收者修改reference，你能夠加上const限定。

return by value vs. return by reference (to const)

C++ reference主要用途就是傳遞 ，能夠傳遞參數，也能夠傳遞返回值。

在函數須要return的時候，優先選擇return by reference。可是能不能return by reference還要視狀況而定。若是你要return的那個東西，事先已經存在過，也就是說已經有一塊memory能夠存放這個東西，那麼OK，你能夠return by reference，速度很快。若是事先沒有memory接收這個東西，那麼你就只能傳回一個local object。有些經驗老道的程序員還會藉助C++中 typename(...)這個特殊語法，返回tmp object加快程序執行效率，這種tmp object的生存週期很短，只有一行代碼。不管是local object仍是tmp object，你都不能return by reference。由於一旦出了function，你reference的那塊memory就被回收了。嚴格意義上說被回收的那段memory是function stack memeory。

補充：tmp object

 

Null reference

C++不容許出現Null reference

我的觀點：C/C++聲明一個變量，聲明是不賦值的，屬於弱符號。對於一個不賦值的弱符號而言，若是是全局變量則在編譯階段放在.bss節，；若是是局部變量，也就是auto類型，是在程序運行期間自動分佈於棧內存。總之是沒有開闢內存空間。引用本質上是對一段已經命名的內存空間起個別名。因此對於空引用而言，他就不可能引用一段不存在的內存。C++引用着這種作法和Python很像，Python經過分析一段內存的引用計數來決定是否回收這段內存。固然，C++不會自動幫咱們回收內存，處理好內存是一個程序員的基本素養。

傳遞者無需知道接收者以reference形式接收

想一想C在函數中return by pointer的場景

returnType *functionName(param list);

__doapl(...)左邊參數是一個pointer，返回值是*ths，是pointer指向的一個東西，也就是object，是value。這裏體現了reference的好處，接收者此案例中是使用reference接收，固然你使用return by value，也就是包傳遞也徹底OK，只是效率上沒有return by reference快。C++也能夠像C同樣return by pointer，可是傳遞着必須作出更改，也就是所傳遞的形式看起來是pointer。

注意體會這種思想，reference做用的場景是涉及到傳遞的時候，不管是參數傳遞仍是函數返回值傳遞。

上圖中operator+=返回值是complex& ，其實徹底能夠返回void。由於+=執行完其結果已經放到this裏面了。這樣的確能夠，應對c2 += c1徹底沒問題。

可是返回void的情形沒法應對連續使用+=的狀況，例如c3 += c2 += c1，c2 += c1返回值時void，c3 在調用+=的時候就不符合定義了。返回complex&就能夠。

reference使用場景

對普通變量的引用

#include<iostream>

int main(int argc, char **argv)
{
    int a = 100;
    int &b = a;
    getchar();
    return 0;
}

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引用b  和 a指向同一塊內存

對指針的引用

 1 #include<iostream>
 2 
 3 int main(int argc, char **argv)
 4 {
 5     int a = 100;
 6     int *p = &a;
 7     int* &q = p;
 8     getchar();
 9     return 0;
10 }

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對數組引用

1 #include<iostream>
2 
3 int main(int argc, char **argv)
4 {
5     int ar[10];
6     int(&br)[10] = ar;
7     getchar();
8     return 0;
9 }

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討論對常量的引用

#include<iostream>

int main(int argc, char **argv)
{
    const int a=10;
    int &b = a;
    getchar();
    return 0;
}

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這個代碼在VS 2017下編譯不過。a是個常量（使用const限定），b是個引用，可是b沒有加const限定，他引用a，會有一種嫌疑，即b能夠間接修改a，致使a再也不是常量。因此要想引用常量a，必須使用常引用，代碼以下

#include<iostream>

int main(int argc, char **argv)
{
    const int a=10;
    const int &b = a;
    getchar();
    return 0;
}

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像這種引用也是能夠的

1 #include<iostream>
2 
3 int main(int argc, char **argv)
4 {
5     int a=10;
6     const int &b = a;
7     getchar();
8     return 0;
9 }

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 跨數據類型的引用

分析以下代碼，這裏的引用比較怪異。引用 和 被引用指向的內存不同，這是由於引用了臨時對象的內存。

1 #include<iostream>
2 
3 int main(int argc, char **argv)
4 {
5     double a=3.14;
6     const int &b = a;
7     getchar();
8     return 0;
9 }

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發現b 和 a並無指向同一塊內存。這是由於開闢了臨時整形，b引用的是臨時整形。這種引用會有潛在風險，萬一被引用的臨時變量被釋放掉（超過做用域），b就引用了一個不存在的東西，程序崩潰。

以下2段代碼也是編譯不過的

代碼1

1 #include<iostream>
2 
3 int main(int argc, char **argv)
4 {
5     const double a=3.14;
6     int &b = a;
7     getchar();
8     return 0;
9 }

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代碼2

1 #include<iostream>
2 
3 int main(int argc, char **argv)
4 {
5     double a=3.14;
6     int &b = a;
7     getchar();
8     return 0;
9 }

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緣由：臨時變量都是具備常量性質的，你不能使用一個變量去引用常量，這樣有潛在改變常量的風險

代碼1對應改爲

1 #include<iostream>
2 
3 int main(int argc, char **argv)
4 {
5     const double a=3.14;
6     const int &b = a;
7     getchar();
8     return 0;
9 }

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代碼2對應改爲

1 #include<iostream>
2 
3 int main(int argc, char **argv)
4 {
5     double a=3.14;
6     const int &b = a;
7     getchar();
8     return 0;
9 }

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就沒問題了。