C++中的引用

引用是一种特殊的变量别名机制，它

• 是变量的别名，既不是变量本身，也不是变量的拷贝。
• 在定义时必须被初始化，且一旦被绑定到一个变量上，就不能再被绑定到另一个变量上，与指针相比更加安全（但也并非完全安全，引用也依赖于绑定对象的有效性，如果绑定的对象内存被释放，则引用的行为是未定义的）。
• 必须被绑定到有效的对象，不能为nullptr，这就可以天然地避免空指针的问题。
• 操作简单。

引用的作用

• 作为别名
  可以简化复杂数据的访问

  struct Person{
      std::string name;
      std::vector<int> grades;
  }
  Person guts{"Guts",{80,99,59}};
  std::string & english_grade = guts.grades[2];
  english_grade++;

• 作为参数传递
  • 避免拷贝开销
  • 允许修改实参
  • const引用作为参数也是有意义的，可以避免拷贝开销，并且const引用还可以绑定右值
• 作为函数返回值
  • 可以用于链式调用，函数返回引用，引用又调用函数

    std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const MyClass& obj) {​
        os << obj.data();​
        return os;  // 允许链式调用
    }
    std::cout << obj1 << obj2;//等价于std::cout << obj1.data() << obj2.data();

  • 用于实现运算符的重载

    MyClass& MyClass::operator=(const MyClass& other) {​
        if (this != &other) {​
            // 赋值操作​
        }​
        return *this;  // 返回当前对象的引用​
    }

• 右值引用
  右值引用T&&可以绑定右值(const引用也可以)，通常用于移动语义，避免深拷贝。

  int&& x = 42;     // 合法，右值引用绑定字面量（右值）
  int& y = 42;      // 错误，左值引用不能绑定右值
  const int& z = 42;// 合法，const引用也可以绑定右值
  
  class MyString {​
  public:​
      MyString(MyString&& other) noexcept ​
          : data_(other.data_), size_(other.size_) {​
          other.data_ = nullptr;  // 转移资源所有权​
      }​
  };

• const引用
  const引用也可以绑定右值

  void func1(string& a) {
  	
  }
  void func2(const string& a) {
  }
  int main() {
      func1("12323");//变异失败，因为string &作为一个引用类型，必须要知道它绑定对象的地址才行，而输入值是const char*类型的右值
      func2("12323");
  } 

与指针的区别

#include <iostream>​
​
int main() {​
    int x = 10;​
    //代码段1
    int& ref = x;  // 编译器等价处理为 int* const ref = &x;​
    ref = 20;      // 等价于 *ref = 20;​
    ​//代码段2
    int* ptr = &x;​
    *ptr = 30;​
    return 0;​
}​

代码段1和代码段2在生成的汇编代码中除了数字外完全一样，因为引用本质上是通过指针常量来实现的。

特性	引用	指针
初始化要求	必须初始化，且不可重新绑定到其他对象	可以声明为空指针（nullptr），后续可修改指向
空值合法性	不允许空引用	允许空指针（nullptr）
内存占用	不占用显式内存（编译器优化）	占用独立内存（存储地址值）
操作语法	直接使用对象语法（无＊或 -> ）	需用＊解引用或 -> 访问成员
类型安全性	强类型绑定，无类型转换风险	允许 void＊和危险的类型转换
多级间接访问	仅支持单层引用（无引用的引用）	支持多级指针（int＊＊）
内存地址可见性	无法直接获取引用的地址（＆ref 返回原对象地址）	可直接获取指针变量的地址（＆ptr）

1. 当需要指向空值或重新指向另一个对象时，使用指针。
2. 当需要在函数间安全地传递大型对象或需要修改函数参数时，优先考虑引用（除非有指向空或重新指向的需求）。
3. 在需要动态内存分配或管理内存时，使用指针。
4. 在需要避免拷贝大型对象以提高效率时，使用引用（特别是作为函数参数或返回值）。