c++（引用和内联）

目录

• 1.引用
• • 1.引用概念
  • 2.引用特性
  • 3.const和引用的搭配
  • 4.为什么const要和引用一起使用的使用场景
  • 5.引用的效率和比较
  • 6.引用和指针的不同
  • 7.引用和指针的汇编代码一样吗？
• 2.内联函数
• • 1.内联概念
  • 2.为什么要用内联，不用宏
  • 3.什么时候用内联
  • 4.内联的特性

1.引用 1.引用概念

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。
比如：英雄联盟的"亚索"，打的不好叫"孤儿索"，也有的人叫他"剑豪"等等…这些就是别名
我们接下来就用代码和调试来下了解引用吧

代码

#include
using namespace std;

int main()
{
	int a = 10;
	int& b = a;
	int* p = &b;
	int& d = b;
	return 0;
}

c++里面的引用和c的&共有一个符号，放在类型后的&代表引用

我们接下来用调试看看引用了有什么效果

根据图片我们看到取别名的和被取别名的地址是一样的，这样就代表着任意加减一个别名的值，其他的值也会被加减

代码

#include
using namespace std;

int main()
{
	int a = 10;
	int& b = a;
	int* p = &b;
	b += 1;
	int& c = b;
	return 0;
}

调试结果

打个比喻：我玩的亚索五杀了，那么别人说：我的孤儿索五杀了。那么我的亚索是不是五杀了。

2.引用特性

1.引用在定义时必须初始化

看图可以看到编译器给了红色警告

2. 一个变量可以有多个引用

   这个就不用演示了，之前的代表就已经解释了
   

3. 引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体

   代码

#include
using namespace std;

int main()
{
	int a = 10;
	int& b = a;
	int* p = &b;
	int& c = b;
	int d = 20;
	b = d;
	return 0;
}

运行结果

可以看到这里只是赋值，而不是改引用的地址，因为这里只是把d=20的值赋给abc而abc的地址不等于d的地址，所以引用一旦引用一个实体，再不能引用其他实体。这一点就和指针很大的区别，因为指针可能指向其他的地址而引用不能。

3.const和引用的搭配

在这图片可以看到编译器报错了，为什么加了const过后就不能这样子引用了呢
因为加了const代表可读，而报错的代码就是改成可读可写，根据取别名原则，权限是不能放大的，所以就报错了

再来验证下取别名原则

代码

#include
using namespace std;


int main()
{
	int a = 0;
	int& b = a;//权限不变
	//取别名原则：对于原引用变量，权限只能缩小，不能放大

	const int x = 20;
	//int& y = x;//权限放大
	const int& y = x;//权限不变

	int c = 40;
	const int& d = c;//权限缩小
	return 0;
}

运行结果

可以看到运行成功，取别名原则是没有问题的。

不能给常量取别名，看下面图片的报错

但是如果加上了const

可以看到没有问题
这个还不算奇怪最奇怪的是

这样子报错问题很明显，毕竟double和int的类型不同，报错很应该但是，加上了const

居然可以运行，虽然有警告。

那么为什么可以运行呢？是因为

e引用的是临时变量，而临时变量具有常性所以加了const可以运行。
而没加const等于之前的权限放大，有const修饰的变成没const修饰的这不就是权限放大
这个临时变量会一直存在，什么时候消失呢？e消失了临时变量也消失了，因为它的生命周期是和
e一样的

4.为什么const要和引用一起使用的使用场景

图片

可以看到f（a）后面的代码都有报错，而这些报错就是我们前面讲的权限放大问题，而加const就不会出现这些问题，而不加const就会出现不能全部值都接收只能接收部分值
当然有的人可能会问一个问题为什么要用引用，不用引用不行吗？
答案是可以，但是用了引用可以减少对参数的临时拷贝

1.引用做参数
代码

#include
using namespace std;


void swap(int& a, int& b)
{
	int tmp = a;
	a = b;
	b = tmp;
}

void swap(double& a, double& b)
{
	double tmp = a;
	a = b;
	b = tmp;
}

int main()
{
	int a = 10, b = 20;
	swap(a, b);
	double c =1.1, d = 2.2;
	swap(c, d);
	return 0;
}

可以看到用起来引用和重载，感觉很爽，不用解引用，也让人感觉二个swap调用的是同一个函数，虽然调用的不是同一个函数

5.引用的效率和比较

代码

#include
using namespace std;


#include 
struct A
{ 
	int a[10000];
};
void TestFunc1(A a) 
{

}
void TestFunc2(A& a) 
{

}
void TestRefAndValue()
{
	A a;
	// 以值作为函数参数
	size_t begin1 = clock();
	for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)
		TestFunc1(a);
	size_t end1 = clock();
	// 以引用作为函数参数
	size_t begin2 = clock();
	for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)
		TestFunc2(a);
	size_t end2 = clock();
	// 分别计算两个函数运行结束后的时间
	cout << "TestFunc1(A)-time:" << end1 - begin1 << endl;
	cout << "TestFunc2(A&)-time:" << end2 - begin2 << endl;
}

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

运行结果

可以看到用了引用的效率和没用引用的效率的区别

2.引用做返回值
c++返回值的作法

而为什么不直接用a返回要加个临时拷贝呢？
因为这是局部变量出了局部就会销毁
那么我们来证明一下使用了临时拷贝吧！

证明

可以看到用了引用报错了，这说明了用了临时变量，不过这样不严谨，因为没完全满足要求
我们来用上const，因为临时变量具有常性

没有报错这样子就完全证明了，返回值是由临时拷贝的

那么我们来讲引用返回的作用
代码

int& count()
{
	static int a = 0;
	a++;
	return a;
}


int main()
{
	int ret = count();
	return 0;
}

这样子相当于

返回了一个别名，怎么证明

报错了因为引用不能变成临时变量的别名
加上引用呢？

没有报错证明完毕
那么这样子就代表了ret=a的别名那么它们的地址应该是一样的

图片

那么用引用的好处一样是，用返回值会有一个拷贝，用引用没有，因为返回值就是返回变量的别名

上面的那个代码是有问题的，什么问题野指针访问的问题，上面的a都销毁返回空间了，但是你还在用着它

代码

#include
using namespace std;


int& Add(int a, int b)
{
	int c = a + b;
	return c;
}
int main()
{
	int& ret = Add(1, 2);
	Add(3, 4);
	cout << "Add(1, 2) is :" << ret << endl;
	return 0;
}

打印结果

是7而不是3为什么，因为出栈后销毁，add（3，4）产生了新的栈帧所以打印7；

这里再打印一次就是随机值为什么，一样是栈帧销毁，重新调用栈帧所以是随机值

比较引用返回值效率的代码

#include
using namespace std;

#include 
struct A 
{ 
	int a[10000]; 
};
void TestFunc1(A a)
{

}
void TestFunc2(A& a)
{

}
void TestRefAndValue()
{
	A a;
	// 以值作为函数参数
	size_t begin1 = clock();
	for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)
		TestFunc1(a);
	size_t end1 = clock();
	// 以引用作为函数参数
	size_t begin2 = clock();
	for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)
		TestFunc2(a);
	size_t end2 = clock();
	// 分别计算两个函数运行结束后的时间
	cout << "TestFunc1(A)-time:" << end1 - begin1 << endl;
	cout << "TestFunc2(A&)-time:" << end2 - begin2 << endl;
}

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

运行结果

6.引用和指针的不同

1. 引用在定义时必须初始化，指针没有要求
2. 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
3. 没有NULL引用，但有NULL指针
4. 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)
5. 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
6. 有多级指针，但是没有多级引用
7. 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
8. 引用比指针使用起来相对更安全

7.引用和指针的汇编代码一样吗？

代码和解释

int main()
{
	int a = 10;
	//从语法的角度：ra是a的别名
	//从底层的角度：它们用的是一样方式实现的
	int& ra = a;
	ra = 20;
	//从语法的角度：pa存储了a的地址，开辟了4/8个字节
	//从底层的角度：它们用的是一样方式实现的
	int* pa = &a;
	*pa = 20;
	return 0;
}

证明图片

可以看到是一模一样的

2.内联函数 1.内联概念

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，没有函数压栈的开销，
内联函数提升程序运行的效率。

2.为什么要用内联，不用宏

为什么用内联，不用宏
宏的缺点
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 。
而出来内联就是为了解决宏的问题宏可以调式，还是函数，不容易错，还有安全性的检查

3.什么时候用内联

在频繁使用使用短小的函数的时候可以使用，只要在函数前面加上inline就是内联
代码

#include
using namespace std;

inline int add(int left, int right)
{
	int z = left + right;
	return z;
}

int main()
{
	add(1, 2);
	add(1, 2);
	add(1, 2);
	add(1, 2);
	add(1, 2);
	add(1, 2);
	add(1, 2);
	add(1, 2);
	add(1, 2);
	return 0;
}

在汇编看到

这是debug模式下没有优化的inline ，注意看着这个call等下优化就没没有了
打开属性改成程序数据库

在改成只适用于inline（/ob1）

可以看到优化了call
为什么说内联是展开的，而不是进入函数里面运行
证明
自己调试用F11看能不能进去

4.内联的特性

1. inline是一种以空间换时间的做法，省去调用函数额开销（建立栈帧）。所以代码很长或者有循环/递归的函数不适宜使用作为内联函数。（大概有多长建议10行左右，取决于编译器）
2. inline对于编译器而言只是一个建议，编译器会自动优化，如果定义为inline的函数体内有循环/递归等等，编译器优化时会忽略掉内联。
3. inline不建议声明和定义分离，分离会导致链接错误。因为inline被展开，就没有函数地址了，链接就会找不到