【C++】引用和内联函数

阿巴阿巴，最近搭建好了腾讯云的Linux环境，所以本篇C++的博客就尝试在Linux环境下来测试代码吧！
阿巴阿巴，最近搭建好了腾讯云的Linux环境，所以本篇C++的博客就尝试在Linux环境下来测试代码吧！

今天学习了C++的引用和内联函数，一起来瞅瞅它们都是些啥……

感谢你关注慕雪，欢迎来我的寒舍坐坐❄慕雪的寒舍

[TOC]

前言

众所周周知，C语言之中，有一个叫指针的家伙，它的使用方式如下

int main()
{
	int a=10;
	int*p=&a;//p是一个指针变量，指向a
    
    return 0;
}

这时候我们就可以通过*p对指针解引用访问变量a

所以C++之中也有一个类似的东西，叫做引用，不过它和指针完全不同哦

1.引用

1.1基本形式

引用的基本方式如下

int a=10;
int& b=a;
int& c=a;//同一个变量可以有多个别名
//可以用两个不同的变量名引用同一个
//但是引用了之后不可以更改对象

此时的b和c都是a的别名，注意是别名！打印的时候，三个变量的结果都是10；

可以用两个不同的变量名引用同一个变量，而且引用了之后不可以更改对象

一个变量可以有多个引用
指针可以更改指向的对象，引用不可以
引用必须在定义的时候就初始化，不可以int& b;

比如你叫李华，有人叫你“小李”，还有人叫你“英语作文人”，这两个外号都是你的别名。

指针并不是别名，指针是通过地址访问某个变量。而引用是给a变量起另外的两个名字，实际上b和c都可以当作a来使用

编译运行代码，让编译器打印出这三者的地址，可以看到它们的地址是一样的，因为它们本来就是同一个变量的不同名字。

指针变量的地址和指针变量所指向对象的地址是不同的

引用的类型必须和引用实体的类型相同，不能用int&引用double类型

1.2引用的权限问题

①const常量

引用可以引用常量，但是必须加const修饰

基本的思路就是“权限可以缩小，但不可以放大”。

在上面的代码中，a是一个可以修改的变量，但是const int&d=a;中的d是不能修改，只可读取a的内容。
e是不可修改的常量，所以我们不能用int&来放大权限

②int和double相互引用

在1.1中有提到，我们不能用int&来引用double类型的变量，编译器会报错

不过我们可以用const int&类型来引用double，此时引用就不是简单的一个别名了

先来了解一下把double复制给int类型，这时候会产生“隐式类型转换”，h保存的是z的整数部分

在这个过程中，编译器会产生一个临时变量存放z的整数部分，然后赋值给h

临时变量具有“常性”，可读不可改

而当我们用const int&类型来引用double时，实际上引用的是编译器产生的临时变量，它是一个常量，所以我们需要用const int&来引用

const int& i=z;//这里的i是临时变量的别名
//在引用的时候，创建了一个临时变量存放d的整数部分
//i的地址和z不相同，且临时变量不会销毁，生命周期和i同步
//生成的这个临时变量是常量，所以i的本质是引用了一个int类型
cout <<"i= "<<i<<endl;
cout <<"&i= "<< &i <<endl; 
cout <<"&z= "<< &z <<endl;
//在c++中函数主要使用引用传参，后面会进一步学习

一个非常直观的验证方法，就是打印一下，瞅瞅它们的地址是否相同。可以看到，i的值和h是相同的，因为它引用的就是那个存放了整数部分的临时变量，这个临时变量的地址和z不同

1.3引用的使用场景

①函数传参

众所周知，在C语言中，如果我们想在函数中修改某一个main传过来的参数，就必须进行传址调用。而在C++中，我们可以通过引用来操作

可以看到，我们通过引用实现了在函数中修改a的值

更加充分的体现便是Swap函数，在C语言中必须两个都传地址来调用

在C++中，配合函数重载，我们可以很方便的写出多个交换函数

直接测试一下，交换成功！

②函数返回值

int& Count(){
  int n=0;//现在没有加static，返回的变量n可能会覆盖
  n++;
  cout<<"&n:"<<&n<<endl;
  return n;
}
int main()
{
  int& ret = Count();
  cout<< ret <<endl;
  cout<<"&ret:"<<&ret<<endl;
  cout<< ret <<endl;
}

当我们把n作为int&类型来返回时，ret此时是对n的引用。但是函数中的变量n在出了函数后销毁了，所以在main函数中打印ret的时候，可能会打印出随机值（这个要看什么时候n的内容会被编译器覆写）

而当我们带上static后，多次打印n的值都不会出现问题，因为此时n的空间并没有被销毁

如果函数返回时，出了函数作用域，如果返回对象还未还给系统，则可以使用引用返回
如果已经还给系统了，则必须使用传值返回，避免出现访问随机值

下面用一个简单的Add函数来演示一下上面提到的两种情况

如果去掉static修饰，编译器会报警告，而且打印的值会在第二次cout调用的时候被覆写

当Add函数的c变量加了static修饰后，打印的值都是稳定的，不会被覆写（因为c的空间没有被销毁）

③优化函数调用时间

在函数返回传参的时候，其实是先把返回值存放到寄存器中，而不是直接返回给main函数的变量

当返回值很小（指占用空间）的时候，会用寄存器存放它的值
当返回值很大的时候，部分编译器会先在main函数中预先开辟栈帧用来存放返回值

而使用引用作为返回值的时候，就不需要用寄存器来接收临时变量，这时候就优化了函数返回的时间！

可以看到，用引用返回的时间消耗很小！

再来试试把引用作为参数传参的消耗，和传址、传值进行对比，代码和上面的类似，稍微修改一下测试函数就行了

可以看到，传地址和引用作为参数的传参消耗都是很小的。因为传值的时候需要拷贝数据！

1.4引用和指针的汇编代码

用下面的代码来查看引用和指针的汇编区别

#include <stdio.h>
int main()
{
	int a = 10;
	int& ra = a;
	ra = 20;
	int* pa = &a;
	*pa = 20;
 
 	return 0;
}

你可以看到，指针和引用的汇编代码是相同的。因为C++的引用，本质上是用指针实现的！

用objdump -S语句，查看Linux环境下的汇编👇

1.5引用和指针的区别

引用是别名；指针是指向地址
引用必须在定义的时候初始化；指针无要求
引用的sizeof大小和引用对象相同；指针无论指向的谁，大小都是4/8
引用不能为NULL；指针可以为NULL
引用++即对象数值+1；指针++是指向的地址向后偏移
引用无多级；指针存在二级、三级……
引用比指针使用起来更加安全（不会出现野指针）
引用是编译器处理的；指针需要手动解引用
……

1.6 数组指针引用

笔试的时候遇到了这个纠错题，我感觉这里是错的，但还是没选出来；

1
2
3

int arr[20];
int (&ref1)[20] = arr;// 正确的数组引用
int& ref2[20] = arr;  // 错误的引用

2.内联函数

2.1基本形式

在函数名前用inline修饰的函数是内联函数，编译器在处理此类函数的时候，会将函数在调用它的地方打开。此时内联函数就没有函数压栈的开销，提高了程序运行的效率

这部分和C语言学习过的#define类似，但define是直接替换，内联函数不是

#include <stdio.h>
#include <iostream>
using namespace std;

#define ADD(a,b) ((a)+(b))

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

int main ()
{
  int sum=ADD(1+3,2+4);//4+6=10     
  printf("%d\n", sum); 

  int ret = 0;
  ret=Add(3,4);

  return 0;
}