值传递，指针传递；引用传递（c++独有）本质

Posted 2020-07-22

 

　　要理解值传递、指针传递和引用传递的区别，主要要理解函数的实参和形参，函数的作用域（自动变量、栈），内存的布局以及指针和引用的特点。这里主要总结三种参数传递方式使用的主要场合。

• 值传递：只给函数提供输入值，需要复制开销，大对象很少使用值传递。
• 指针传递：可以改变指针指向内容的值，但是不能改变指针本身，无需复制开销。如果需要改变指针本身，可以使用二重指针或者指针引用。
• 引用传递：除了提供输入值外，还返回操作结果，无需复制开销。

#include<stdlib.h>

//值传递，函数体内变量n是参数n的一份拷贝，函数体内改变n的值不会改变外面的n
void addTenByVal(int n)
{
    n = n + 10;
    return;
}

//指针传递，n是指向外部变量的指针，改变*n的值，也会改变外面变量的
void addTenByPtr(int *n)
{
    *n = *n + 10;
    return;
}

//引用传递，别名引用，牵一发而动全身
void addTenByRef(int &n)
{
    n = n + 10;
    return;
}

int main(int argc , char *argv[])
{

    int n = 10;

    printf("值传递前，n=%d\n",n);

    //值传递
    addTenByVal(n);

    printf("值传递后，n=%d\n",n);

    printf("指针传递前，n=%d\n",n);

    //指针传递
    addTenByPtr(&n);

    printf("指针传递后，n=%d\n",n);

    printf("引用传递前，n=%d\n",n);

    //引用传递
    addTenByRef(n);

    printf("引用传递后，n=%d\n",n);

    system("pause");

    return 0;
}

 

 

 

后来复习的时候又写了一个DEMO，这个不需要解释，大家都懂的。

 

 #include <stdio.h>
#include <tchar.h>
#include <cstdlib>
#include <iostream>
#include <sys/timeb.h>
#include <ctime>
#include <climits>

using namespace std;

//交换参数-值传递
void SwapByVal(int v1,int v2)
{
    int tmp = v2;
    v2 = v1;
    v1 = tmp;
}

//交换参数-引用传递
void SwapByRef(int &v1,int &v2)
{
    int tmp = v2;
    v2 = v1;
    v1 = tmp;
}

//交换参数-指针传递
void SwapByPtr(int *v1,int *v2)
{
    int tmp = *v2;
    *v2 = *v1;
    *v1 = tmp;
}

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    //值传递
    int a = 10 , b = 20;
    cout << "值传递前：a = " << a << " ; b = " << b << endl;
    SwapByVal(a,b);
    cout << "值传递后：a = " << a << " ; b = " << b << endl;

    //复位-引用传递
    a = 10 , b = 20;
    cout << "引用传递前：a = " << a << " ; b = " << b << endl;
    SwapByRef(a,b);
    cout << "引用传递后：a = " << a << " ; b = " << b << endl;

    //复位-指针传递
    a = 10 , b = 20;
    cout << "指针传递前：a = " << a << " ; b = " << b << endl;
    SwapByPtr(&a,&b);
    cout << "指针传递后：a = " << a << " ; b = " << b << endl;

    system("pause");
    return 0;
}

 

 

 

c++为什么引入引用传递？

　　指针本身也是一个变量，其值是一个地址，注意这个地址是指针指向变量的地址，不是指针自己变量的地址，所以如果以指针作函数参数，那么形参和实参都是一个地址，都指向同一个变量（被实参指针指向的变量），可以通过这个地址改变被指向变量的值，但若你修改形参指针本身的值，实参指针并不会得到修改，因为实参指针与形参指针是两个不同的变量，占据不同的内存位置，只不过传入参数时使这两个变量具有相同的值（被指向变量的地址）。
　　所以，如果你想修改一个变量，请传递此变量的地址（指针）。如果你想修改一个指针本身，请传递此指针的地址，也就是指针的指针，即二级指针。

从概念上讲。指针从本质上讲就是存放变量地址的一个变量，在逻辑上是独立的，它可以被改变，包括其所指向的地址的改变和其指向的地

 

址中所存放的数据的改变。

而引用是一个别名，它在逻辑上不是独立的，它的存在具有依附性，所以引用必须在一开始就被初始化，而且其引用的对象在其整个生命周

 

期中是不能被改变的（自始至终只能依附于同一个变量）。

 

在C++中，指针和引用经常用于函数的参数传递，然而，指针传递参数和引用传递参数是有本质上的不同的：

 

指针传递参数本质上是值传递的方式，它所传递的是一个地址值。值传递过程中，被调函数的形式参数作为被调函数的局部变量处理，即在

 

栈中开辟了内存空间以存放由主调函数放进来的实参的值，从而成为了实参的一个副本。值传递的特点是被调函数对形式参数的任何操作都

 

是作为局部变量进行，不会影响主调函数的实参变量的值。（这里是在说实参指针本身的地址值不会变）

 

而在引用传递过程中，被调函数的形式参数虽然也作为局部变量在栈中开辟了内存空间，但是这时存放的是由主调函数放进来的实参变量的

 

地址。被调函数对形参的任何操作都被处理成间接寻址，即通过栈中存放的地址访问主调函数中的实参变量。正因为如此，被调函数对形参

 

做的任何操作都影响了主调函数中的实参变量。

 

引用传递和指针传递是不同的，虽然它们都是在被调函数栈空间上的一个局部变量，但是任何对于引用参数的处理都会通过一个间接寻址的

 

方式操作到主调函数中的相关变量。而对于指针传递的参数，如果改变被调函数中的指针地址，它将影响不到主调函数的相关变量。如果想

 

通过指针参数传递来改变主调函数中的相关变量，那就得使用指向指针的指针，或者指针引用。

 

为了进一步加深大家对指针和引用的区别，下面我从编译的角度来阐述它们之间的区别：

 

程序在编译时分别将指针和引用添加到符号表上，符号表上记录的是变量名及变量所对应地址。指针变量在符号表上对应的地址值为指针变

 

量的地址值，而引用在符号表上对应的地址值为引用对象的地址值。符号表生成后就不会再改，因此指针可以改变其指向的对象（指针变量

 

中的值可以改），而引用对象则不能修改。

 

最后，总结一下指针和引用的相同点和不同点：

 

&#9733;相同点：

 

&#9679;都是地址的概念；

 

指针指向一块内存，它的内容是所指内存的地址；而引用则是某块内存的别名。

 

&#9733;不同点：

 

&#9679;指针是一个实体，而引用仅是个别名；

 

&#9679;引用只能在定义时被初始化一次，之后不可变；指针可变；引用“从一而终”，指针可以“见异思迁”；

 

&#9679;引用没有const，指针有const，const的指针不可变；（具体指没有int& const a这种形式，而const int& a是有     的，  前者指引用

 

本身即别名不可以改变，这是当然的，所以不需要这种形式，后者指引用所指的值不可以改变）

 

&#9679;引用不能为空，指针可以为空；

 

&#9679;“sizeof 引用”得到的是所指向的变量(对象)的大小，而“sizeof 指针”得到的是指针本身的大小；

 

&#9679;指针和引用的自增(++)运算意义不一样；

 

&#9679;引用是类型安全的，而指针不是(引用比指针多了类型检查

 

 

 

 

一、引用的概念

 

引用引入了对象的一个同义词。定义引用的表示方法与定义指针相似，只是用&代替了*。

例如：Point pt1(10,10);

Point &pt2=pt1; 定义了pt2为pt1的引用。通过这样的定义，pt1和pt2表示同一对象。

需要特别强调的是引用并不产生对象的副本，仅仅是对象的同义词。因此，当下面的语句执行后：

pt1.offset（2，2）；

pt1和pt2都具有（12，12）的值。

引用必须在定义时马上被初始化，因为它必须是某个东西的同义词。你不能先定义一个引用后才

初始化它。例如下面语句是非法的：

Point &pt3；

pt3=pt1；

那么既然引用只是某个东西的同义词，它有什么用途呢？

下面讨论引用的两个主要用途：作为函数参数以及从函数中返回左值。

 

二、引用参数

 

1、传递可变参数

传统的c中，函数在调用时参数是通过值来传递的，这就是说函数的参数不具备返回值的能力。

所以在传统的c中，如果需要函数的参数具有返回值的能力，往往是通过指针来实现的。比如，实现

两整数变量值交换的c程序如下：

void swapint(int *a,int *b)

{

int temp;

temp=*a;

a=*b;

*b=temp;

}

 

使用引用机制后，以上程序的c++版本为：

void swapint(int &a,int &b)

{

int temp;

temp=a;

a=b;

b=temp;

}

调用该函数的c++方法为：swapint（x,y); c++自动把x,y的地址作为参数传递给swapint函数。

 

2、给函数传递大型对象

当大型对象被传递给函数时，使用引用参数可使参数传递效率得到提高，因为引用并不产生对象的

副本，也就是参数传递时，对象无须复制。下面的例子定义了一个有限整数集合的类：

const maxCard=100;

Class Set

{

int elems[maxCard]; // 集和中的元素，maxCard 表示集合中元素个数的最大值。

int card; // 集合中元素的个数。

public:

Set () {card=0;} //构造函数

friend Set operator * (Set ,Set ) ; //重载运算符号*，用于计算集合的交集 用对象作为传值参数

// friend Set operator * (Set & ,Set & ) 重载运算符号*，用于计算集合的交集 用对象的引用作为传值参数

...

}

先考虑集合交集的实现

Set operator *( Set Set1,Set Set2)

{

Set res;

for(int i=0;i<Set1.card;++i)

for(int j=0;j>Set2.card;++j)

if(Set1.elems[i]==Set2.elems[j])

{

res.elems[res.card++]=Set1.elems[i];

break;

}

return res;

}

由于重载运算符不能对指针单独操作，我们必须把运算数声明为Set 类型而不是Set * 。

每次使用*做交集运算时，整个集合都被复制，这样效率很低。我们可以用引用来避免这种情况。

Set operator *( Set &Set1,Set &Set2)

{ Set res;

for(int i=0;i<Set1.card;++i)

for(int j=0;j>Set2.card;++j)

if(Set1.elems[i]==Set2.elems[j])

{

res.elems[res.card++]=Set1.elems[i];

break;

}

return res;

}

 

三、引用返回值

 

如果一个函数返回了引用，那么该函数的调用也可以被赋值。这里有一函数，它拥有两个引用参数并返回一个双精度数的引用：

double &max(double &d1,double &d2)

{

return d1>d2?d1:d2;

}

由于max()函数返回一个对双精度数的引用，那么我们就可以用max() 来对其中较大的双精度数加1：

max(x,y)+=1.0;

 

 三种引用使用的场景：