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1. 知识引入

2. 引用的特性

2.1 引用在定义时必须初始化

2.2 一个变量可以有多个引用

3. 引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体

3. 常引用

编辑

4. 引用的使用场景

4.1 做参数

4.2 做返回值

5. 引用的底层实现

6. 引用与指针的区别

1. 知识引入

想必大家都还记得在用C语言实现单链表的时候的痛苦吧，什么二级指针，太难了！我们来看看当时的代码：

typedef struct ListNode
{struct ListNode* next;int val;
} ListNode;void ListPushHead(ListNode** pphead)
{//代码实现省略
}int main()
{struct ListNode* phead = NULL;ListPushHead(&phead);return 0;
}

因为形参只是实参的临时拷贝，形参的改变不影响实参。因此想要改变 phead 就必须要传 phead的地址过去。phead又是指针，所以就要传二级指针。真令人头大！

于是C++引入了新语法：引用。我们来看看引用的定义。

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。(这是在引用理解层面的定义，至于引用到底开不开空间，后面会讲解的)
比如：李逵，在家称为"铁牛"，江湖上人称"黑旋风"。

语法：

类型& 引用变量名(对象名) = 引用实体；

注意：引用类型必须和引用实体是同种类型的。

我们来看看有了C++的引用，上面的代码可以怎么写呢？

你可以将形参定义为这个结构体指针的引用，因为引用是变量的别名，结构体指针的引用那么就是这个结构体指针的别名，通过改变这个别名指向的内容就能改变结构体指针指向的内容。

typedef struct ListNode
{struct ListNode* next;int val;
} ListNode;void ListPushHead(ListNode*& pphead)
{//代码实现省略
}int main()
{struct ListNode* phead = NULL;ListPushHead(phead);return 0;
}

或者你还可以这么写：

将结构体 typedef 为 *ListNode，那么 ListNode 就是结构体指针，这样在形参的书写上会更加简洁。但是理解起来就有一点困难了。

typedef struct ListNode
{struct ListNode* next;int val;
} *ListNode;void ListPushHead(ListNode& pphead)
{//代码实现省略
}int main()
{struct ListNode* phead = NULL;ListPushHead(phead);return 0;
}

2. 引用的特性

我们再来看看引用的定义：

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。

在理解引用时，你可以直接在脑海中呈现一张图：

有了这个图，我们来理解引用的特性。

2.1 引用在定义时必须初始化

我们可以看到下面的代码是编译失败的，原因就是引用在定义的时候没有初始化。至于为什么必须在定义的时候初始化，后面会讲解。

2.2 一个变量可以有多个引用

这个很好理解，一个变量当然可以有多个别名啦！就像一个人，他可能会有乳名，小名，大名等等。同样地，你可以在脑海中呈现那个图：

最后那条语句，我们让定义了一个变量 b 的引用，实际上 d 也指向 a 所指向的空间，因为 b 是 a 的引用嘛。既然多个变量指向可同一块空间那么，我们改变其中一个变量的值，其他的变量的值肯定也会发生相应的变化。上面的图可以很好地帮助大家理解。

int main()
{int a = 20;int& b = a;int& c = a;int& d = b;d = 30;cout << "a: " << a << endl;cout << "b: " << b << endl;cout << "c: " << c << endl;cout << "d: " << d << endl;return 0;
}

3. 引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体

这里可以先尝试记忆，原因后面才会提到。

我们来看下面的代码，c = b 看上去好像是让 c 指向 b 这个变量，但实际上只是将 b 的值赋值给了 c ，并不是改变了引用的实体。我们可以通过打印值来证明。

int main()
{int a = 20;int b = 30;int& c = a;c = b;return 0;
}

我们可以看到将 b 赋值给 c ，改变了 c 的值，也改变了 a 的值，这说明 c 还是变量 a 的引用，c = b 只是将 b 的值赋值给 c。

3. 常引用

我们来看上面的代码为什么会报错：const 修饰了变量 a，代表 a 指向的空间的内容不允许被改变。我们将变量 a 取别名为 ra，这个时候我们的操作权限就被放大了。因为引用变量没有加任何的限定符，表示通过引用变量 ra 能够修改 ra 指向的内容，而 ra 又是 a 的别名，则可推出通过 ra能够改变 a 指向的内容。这就会与 const int a = 20；相冲突。

因此对于常量的引用，我们必须加上 const 限定符。不能让操作权限放大。

int main()
{const int a = 20;const int& ra = a; //加上 const 限定符，进制权限的放大return 0;
}

有人就可能会说了，既然不允许权限的放大，那允不允许权限的缩小呢？当然是可以的啦。

int main()
{int a = 20;const int& ra = a;return 0;
}

通过 const 限定符使得 ra 的权限缩小，只能读，不能修改。

4. 引用的使用场景

4.1 做参数

在知识引用里面就是引用做参数的例子呀！

下面的知识点会涉及函数栈帧的相关知识，不懂的老铁可以先瞅瞅：详解函数栈帧的创建和销毁。

我们知道在函数栈帧创建的过程中，实参向形参的传递会拷贝实参，但是拷贝实参必然会有时间的消耗。但是引用就比较特殊啦，因为引用是变量的别名，我们在理解的层次上，可以认为引用并不会开辟空间，所以在传递参数的时候，效率就会比不传引用高。下面的代码会一定程度上证明只一点：

struct A { int a[10000]; }; void Func1(A a) {}void Func2(A& a) {}int main()
{A a;int begin1 = clock();for (int i = 0; i < 100000; i++)Func1(a);int end1 = clock();int begin2 = clock();for (int i = 0; i < 100000; i++)Func2(a);int end2 = clock();cout << "传值花费的时间：" << end1 - begin1 << endl;cout << "传引用花费的时间：" << end2 - begin2 << endl;return 0;
}

4.2 做返回值

做返回值就和普通的变量没什么大的区别，但有一点值得注意：因为引用是变量的别名，将引用作为函数的返回值，我们必须确保该变量不能在这个函数调用完毕后就被销毁了，即是：不可返回局部变量的引用。

大家能猜到下面的代码的输出结果吗？（IDE：VS2019）

int Func(int a, int b)
{int d = 0;d = a + b;return d;
}int& Add(int a, int b)
{int c = 0;c = a + b;return c;
}int main()
{int& a = Add(10, 20);cout << a << endl;Func(20, 30);cout << a << endl;return 0;
}

下面来解释原因：

我们来看看Linux下的g++编辑器的结果：segmentation fault，段错误，非法访问内存。

切记：不可返回局部变量的引用。

还有一点就是：在返回值上引用也是不需要拷贝的，效率也是比直接返回值高好吧！这里就不再写代码演示了，代码和上面测试传参的相差不大。

5. 引用的底层实现

我们可以在调试的过程中查看汇编代码来观察引用的底层实现：

我们看到引用的底层实现还是C语言的指针啊！那么我们就可以解释为什么引用定义出来就必须初始化，引用的实体不能改变了！原因就是这个指针经过了 const 修饰，类似于这样：

int* const reference

因为 cosnt 修饰所以我们必须在引用定义的时候初始化。因为 const 修饰所以我们不能更改引用的实体。

但是，我们在平时的应用时，将引用理解为别名，不开辟空间即可，当有人问你引用的底层实现时，你知道就行了！这样能简化理解的难度。

6. 引用与指针的区别

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

上面的这些东东在理解的基础上记忆即可！切不可死记硬背。