C++基础——引用讲解2

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一.引用   返回和值返回的区别

1.值返回

        2.引用返回： 

        当n是全局变量：

        当n是局部变量：

根据解释，模拟实现上面这个说的酒店案例：

 总结：

所以返回的正确使用方法：1.值传递

 返回的正确使用方法：2.引用返回

二.引用传递和值传递的效率性能比较

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一.引用   返回和值返回的区别

1.值返回

        当n是全局变量：

int Count1() {
	static int n = 0;
	n++;
	//....
	return n;
}
 
int main() {
	int ret = Count1();
	cout << ret << endl;
	return 0;
}

       调用Count1时会为其建立栈帧， 因为变量n是全局变量，n不在栈区而在静态区，之后Count1函数结束，栈帧被销毁，但n的生命周期是全局的，执行return n时n还在，这样ret就接收到函数的返回值了。

而当n是局部变量时：

int Count2() {
	 int n = 0;    //局部变量
	n++;
	//....
	return n;
}
int main() {
	int ret2 = Count2();
	cout << ret2 << endl;
	return 0;
}

        因为n是局部变量，当函数即将结束时，n会被销毁，此时，执行return n会让n在栈帧外开辟一个临时变量，里面存放n的值(拷贝)，而ret指向Count2的返回值，又会再进行对n的临时变量进行接收(再拷贝一次)。

所以值传递效率低：会进行两次拷贝，时间效率较低。

2.引用返回： 

        当n是全局变量：

//引用返回
int& Count3() {
	static int n = 0;
	n++;
	//....
	return n;
}
 
int main() {
	int ret = Count3();
	cout << ret << endl;
	return 0;
}

        用ret接收Count3的引用返回时，n会为其开辟临时变量，但这个变量并不开辟空间，所以整个过程只进行了一次拷贝，效率高。

        当n是局部变量：

int& Count4() {
	 int n = 0;
	n++;
	//....
	return n;
}
int main() {
	int ret = Count4();
	cout << ret << endl;
	return 0;
}

        n为局部变量，函数栈帧被销毁时，n也没了，所以返回n时，使用临时变量(n的别名)会越界，ret属于非法访问n变量（相当于野指针的访问），虽然不会报错，但是属于非法操作。 

        n被销毁，这块空间还给了操作系统，空间还在，也可以再进行访问，只不过是非法访问而已，但之前存储的数据是不被保护的，空间可能会分配给其他人，那么这块空间原有的数据也会被覆盖。 就好比住酒店房间时，我们放了很多东西在房间，游玩了几天后，退房时将房卡还给了酒店工作人员，离开酒店后才想起当时自己的毛巾落在了酒店，但那个房间已经不属于我了，这时有两种情况：

       一.我偷偷回到房间，毛巾还在，这时房间还未分配给其他人；                                   

 

        二.我回来的时候，房间已经被保洁阿姨打扫过了(门还开着），我悄悄进去发现毛巾已经不在那里了，那里放着一卷纸（被覆盖了数据）。

根据解释，模拟实现上面这个说的酒店案例：

int& Count4() {
	int n = 0;
	n++;
	//....
	return n;
}
 
void Func() {
	int x = 100;
}
 
int main() {
	int& ret = Count4();
	cout << ret << endl;
	Func();
	cout << ret << endl;
	return 0;
}

运行结果： 

为什么在调用Func函数后，ret就变成了100了？

        此时的Func函数中所开辟的栈帧位置就是之前Count4函数的栈帧位置， Count4函数被销毁，里面的整型变量n也还给了操作系统，而后Func开辟栈帧，里面同样也是开辟了一个整型变量，与n同样大小，原来变量n的所处空间被OS复用给了Func函数，其空间原有的数值被变量x所覆盖，那么意味着这块空间属于变量x了，又因为之前ret被定义为是这块空间的别名，所以ret的值也就变成了100。

int& Count4() {
	int n = 0;
	n++;
	//....
	cout <<"变量n的地址："<< & n << endl;
	return n;
}
void Func() {
	int x = 100;
	cout << "变量x的地址：" << &x << endl;
}
 
int main() {
	int& ret = Count4();
	cout << ret << endl;
	cout <<"ret的地址："<< & ret << endl;	//取ret的地址
	cout << endl;	//换行
 
	Func();
	cout << ret << endl;
	cout << "调用Func后ret的地址：" << &ret << endl;	//取ret的地址
	return 0;
}

 结果：

       我们发现： 变量n的地址与变量x的地址完全一样，而调用各函数后，ret的地址也是相同的，更加印证了之前的推论，所以引用返回不能这样使用，ret的地址不可与函数中变量的地址相同！！！

 总结：

1.出了作用域，且返回的变量不存在，不可用引用返回，因为引用返回导致的结果是不确定的。只能用传值返回。

2.出了作用域且返回的变量仍存在，才可以用引用返回。

所以返回的正确使用方法：1.值传递

//返回的正确玩法1：
int Count5() {
	int n = 0;
	cout << &n<< endl;
	n++;
	return n;
}
 
int main() {
	int ret = Count5();
	cout << ret << endl;
	cout << &ret << endl;
	return 0;
}

运行结果： 

 返回的正确使用方法：2.引用返回

 
int& Count6() {
	static int n = 0;
	cout << &n << endl;
	n++;
	return n;
}
 
int main() {
	int ret = Count6();
	cout << ret << endl;
	cout << &ret << endl;
	return 0;
}

运行结果：

二.引用传递和值传递的效率性能比较

        例：创建一个结构体，里面开辟10000个整型元素的数组（相当于开辟了4w字节），我会通过值返回和引用返回去比较他俩执行的速度快慢：

#include
#include
using namespace std;
 
struct A { int a[10000]; };
A a;
// 值返回
A TestFunc1(){ return a; }
 
// 引用返回
A& TestFunc2() { return a; }
void TestReturnByRefOrValue()
{
	// 以值作为函数的返回值类型
	size_t begin1 = clock();
	for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)
		TestFunc1();
	size_t end1 = clock();
	// 以引用作为函数的返回值类型
	size_t begin2 = clock();
	for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)
		TestFunc2();
	size_t end2 = clock();
	// 计算两个函数运算完成之后的时间
	cout << "TestFunc1 time:" << end1 - begin1 << endl;
	cout << "TestFunc2 time:" << end2 - begin2 << endl;
}
 
int main() {
	TestReturnByRefOrValue();
}

运行结果： 

        从代码调试结果可得：引用返回所消耗的时间为1毫秒，而传值返回所消耗的时间是156毫秒，两者对比下来，引用返回要比值返回效率高很多。