C++引用的妙用

一、引用的概念

引用是C++中的一種數據類型，它相當於給變量起了個別名。引用的聲明類似於指針，但是引用與指針有兩個顯著的不同點：

1. 引用必須被初始化
2. 引用不可以為NULL

除此之外，引用與指針的功能類似，可以作為函數參數、返回值和變量。

#include <iostream>

int main() {
    int a = 10;
    int& b = a; // 定義b為a的引用
    b++;
    std::cout << "a = " << a << std::endl; // 輸出 a = 11
    return 0;
}

在上面的代碼中，b是a的引用，對b的改變會直接影響到a。

二、函數參數中的引用

函數參數中傳遞引用，可以避免拷貝大數據結構帶來的時間和空間上的浪費。

#include <iostream>
#include <vector>

void add_10(std::vector<int>& vec) { // 使用引用傳遞vector
    for(auto& i : vec) { // 使用引用遍歷vector
        i += 10;
    }
}

int main() {
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
    add_10(vec);
    for(const auto& i : vec) { // 使用const引用遍歷vector
        std::cout << i << " "; // 輸出 11 12 13 14 15
    }
    return 0;
}

在上面的代碼中，add_10函數使用引用傳遞vector，add_10內部對vector的修改會直接影響到函數外部傳入的vector。

三、返回值中的引用

函數返回引用，效率高，可以直接修改被返回的變量。

#include <iostream>

int& max(int& a, int& b) { // 返回引用類型
    return a > b ? a : b;
}

int main() {
    int a = 10, b = 20;
    max(a, b) = 100; // 直接修改被返回的變量
    std::cout << "a = " << a << ", b = " << b << std::endl; // 輸出 a = 10, b = 100
    return 0;
}

在上面的代碼中，max函數返回a和b中較大的一個，使用max(a, b) = 100直接修改被返回的變量b的值。

四、引用的實現原理

引用的實現原理是編譯器為每個引用變量創建一個指針變量，這個指針變量指向其所表示的變量。

#include <iostream>

int main() {
    int a = 10;
    int& b = a; // 定義b為a的引用
    int* p = &a; // 定義p為a的地址

    std::cout << "a = " << a << std::endl;
    std::cout << "b = " << b << std::endl;
    std::cout << "*p = " << *p << std::endl;

    b = 20; // 修改b的值，a也會被修改
    std::cout << "a = " << a << std::endl;
    std::cout << "b = " << b << std::endl;
    std::cout << "*p = " << *p << std::endl;
    return 0;
}

在上面的代碼中，使用指針p修改a的值，b也會被修改，因為b實際上是指向a的指針。

五、小結

引用是C++中非常重要的一種數據類型，它可以避免無謂的拷貝，提高程序效率，更重要的是提高了程序可讀性。

引用可以被用於函數參數和返回值中，引用的內部實現是編譯器為每個引用變量創建一個指針變量。