C++——引用 reference

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

pass by value是整包传递，不管这个包多大。传的动作实际上是压到funtion stack memory中。stack memory中有个好处就是Automatic memory management and garbage collection，但是整包传递的做法实在不高明。C为了解决整包传递效率低下问题引入pointer，不传递整包东西而是改为传递整包东西的地址，32为架构下一个pointer只占4Byte，速度很快。C++引入reference，其行为像pointer，但是处理手段更漂亮更高明。不像指针，你可以把指针的地址打印出来，reference让人看不到摸不着。reference在底部就是一个pointer，pass by reference就相当于pass by pointer那么的快。虽然你可能遇到传单个字符（大小才1Byte），这种情况下pass by value比pass by reference还快，但大多数情况，或者一个通用的准者是首选pass by reference.

C中pass by pointer，接收者对pointer的更改会影响发送者。C++中pass by reference 也会存在这个问题。如果你不希望接收者修改reference，你可以加上const限定。

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

C++ reference主要用途就是传递 ，可以传递参数，也可以传递返回值。

在函数需要return的时候，优先选择return by reference。但是能不能return by reference还要视情况而定。如果你要return的那个东西，事先已经存在过，也就是说已经有一块memory可以存放这个东西，那么OK，你可以return by reference，速度很快。如果事先没有memory接收这个东西，那么你就只能传回一个local object。有些经验老道的程序员还会借助C++中 typename(...)这个特殊语法，返回tmp object加快程序执行效率，这种tmp object的生存周期很短，只有一行代码。无论是local object还是tmp object，你都不能return by reference。因为一旦出了function，你reference的那块memory就被回收了。严格意义上说被回收的那段memory是function stack memeory。

补充：tmp object

 

Null reference

C++不允许出现Null reference

个人观点：C/C++声明一个变量，声明是不赋值的，属于弱符号。对于一个不赋值的弱符号而言，如果是全局变量则在编译阶段放在.bss节，；如果是局部变量，也就是auto类型，是在程序运行期间自动分布于栈内存。总之是没有开辟内存空间。引用本质上是对一段已经命名的内存空间起个别名。所以对于空引用而言，他就不可能引用一段不存在的内存。C++引用着这种做法和Python很像，Python通过分析一段内存的引用计数来决定是否回收这段内存。当然，C++不会自动帮我们回收内存，处理好内存是一个程序员的基本素养。

传递者无需知道接收者以reference形式接收

想想C在函数中return by pointer的场景

returnType *functionName(param list);

__doapl(...)左边参数是一个pointer，返回值是*ths，是pointer指向的一个东西，也就是object，是value。这里体现了reference的好处，接收者此案例中是使用reference接收，当然你使用return by value，也就是包传递也完全OK，只是效率上没有return by reference快。C++也可以像C一样return by pointer，但是传递着必须做出更改，也就是所传递的形式看起来是pointer。

注意体会这种思想，reference作用的场景是涉及到传递的时候，无论是参数传递还是函数返回值传递。

上图中operator+=返回值是complex& ，其实完全可以返回void。因为+=执行完其结果已经放到this里面了。这样的确可以，应对c2 += c1完全没问题。

但是返回void的情形无法应对连续使用+=的情况，例如c3 += c2 += c1，c2 += c1返回值时void，c3 在调用+=的时候就不符合定义了。返回complex&就可以。

reference使用场景

对普通变量的引用

#include<iostream>

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

引用b  和 a指向同一块内存

对指针的引用

#include<iostream>

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

对数组引用

#include<iostream>

int main(int argc, char **argv)
{
    int ar[10];
    int(&br)[10] = ar;
    getchar();
    return 0;
}

讨论对常量的引用

#include<iostream>

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

这个代码在VS 2017下编译不过。a是个常量（使用const限定），b是个引用，但是b没有加const限定，他引用a，会有一种嫌疑，即b可以间接修改a，导致a不再是常量。所以要想引用常量a，必须使用常引用，代码如下

#include<iostream>

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

像这种引用也是可以的

#include<iostream>

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

 跨数据类型的引用

分析如下代码，这里的引用比较怪异。引用 和 被引用指向的内存不一样，这是因为引用了临时对象的内存。

#include<iostream>

int main(int argc, char **argv)
{
    double a=3.14;
    const int &b = a;
    getchar();
    return 0;
}

发现b 和 a并没有指向同一块内存。这是因为开辟了临时整形，b引用的是临时整形。这种引用会有潜在风险，万一被引用的临时变量被释放掉（超过作用域），b就引用了一个不存在的东西，程序崩溃。

如下2段代码也是编译不过的

代码1

#include<iostream>

int main(int argc, char **argv)
{
    const double a=3.14;
    int &b = a;
    getchar();
    return 0;
}

代码2

#include<iostream>

int main(int argc, char **argv)
{
    double a=3.14;
    int &b = a;
    getchar();
    return 0;
}

原因：临时变量都是具有常量性质的，你不能使用一个变量去引用常量，这样有潜在改变常量的风险

代码1对应改成

#include<iostream>

int main(int argc, char **argv)
{
    const double a=3.14;
    const int &b = a;
    getchar();
    return 0;
}

代码2对应改成

#include<iostream>

int main(int argc, char **argv)
{
    double a=3.14;
    const int &b = a;
    getchar();
    return 0;
}

就没问题了。