编辑“︁C++ 引用基础”︁

= C++引用基础 =

== 介绍 ==
'''引用（Reference）'''是C++中一种特殊的变量类型，它为一个已存在的变量提供了一个别名。引用本身不是对象，而是已存在对象的另一个名称。与指针不同，引用必须在声明时初始化，并且不能重新绑定到其他对象。引用在C++中广泛用于函数参数传递、返回值优化以及创建更简洁的代码。

引用有两种主要类型：
* '''左值引用（Lvalue Reference）'''：绑定到具名对象
* '''右值引用（Rvalue Reference）'''（C++11引入）：绑定到临时对象

== 基本语法 ==
引用使用<code>&</code>符号声明（右值引用使用<code>&&</code>）：

<syntaxhighlight lang="cpp">
int x = 10;
int &ref = x;  // ref是x的引用
</syntaxhighlight>

== 引用特性 ==
=== 必须初始化 ===
引用必须在声明时初始化，不能先声明后赋值：

<syntaxhighlight lang="cpp">
int y = 20;
int &ref2;     // 错误：引用必须初始化
int &ref2 = y; // 正确
</syntaxhighlight>

=== 不可重新绑定 ===
引用一旦初始化，就不能改变其绑定的对象：

<syntaxhighlight lang="cpp">
int a = 5, b = 10;
int &ref = a;
ref = b;      // 这不是重新绑定，而是将b的值赋给a
</syntaxhighlight>

=== 无空引用 ===
C++不允许空引用，引用必须绑定到有效对象：

<syntaxhighlight lang="cpp">
int *ptr = nullptr;
int &ref = *ptr; // 未定义行为！虽然编译可能通过
</syntaxhighlight>

== 引用 vs 指针 ==
{| class="wikitable"
|-
! 特性 !! 引用 !! 指针
|-
| 初始化 || 必须初始化 || 可以不初始化
|-
| 可重新绑定 || 否 || 是
|-
| 空值 || 不允许 || 允许
|-
| 间接访问 || 自动解引用 || 需要*操作符
|-
| 内存占用 || 通常不占用额外内存 || 占用指针大小的内存
|}

== 引用作为函数参数 ==
引用常用于函数参数传递，避免对象拷贝：

<syntaxhighlight lang="cpp">
void swap(int &a, int &b) {
    int temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

int main() {
    int x = 1, y = 2;
    swap(x, y);
    cout << x << " " << y; // 输出: 2 1
    return 0;
}
</syntaxhighlight>

== 引用作为返回值 ==
函数可以返回引用，但必须确保返回的引用不会悬空（dangling）：

<syntaxhighlight lang="cpp">
int &getElement(int arr[], int index) {
    return arr[index];
}

int main() {
    int array[] = {1, 2, 3};
    getElement(array, 1) = 10; // 修改array[1]
    cout << array[1];          // 输出: 10
    return 0;
}
</syntaxhighlight>

== 常量引用 ==
常量引用可以绑定到临时对象或右值：

<syntaxhighlight lang="cpp">
void print(const string &str) {
    cout << str;
}

int main() {
    print("Hello"); // 合法，字符串字面量转换为临时string对象
    return 0;
}
</syntaxhighlight>

== 右值引用（C++11） ==
右值引用用于实现移动语义和完美转发：

<syntaxhighlight lang="cpp">
void process(int &&rval) {
    cout << "Processing rvalue: " << rval;
}

int main() {
    process(42);           // 合法，42是右值
    int x = 10;
    process(x);            // 错误，x是左值
    process(std::move(x)); // 合法，使用move转换为右值
    return 0;
}
</syntaxhighlight>

== 实际应用案例 ==
=== 案例1：避免拷贝大对象 ===
<syntaxhighlight lang="cpp">
struct LargeData {
    int data[1000];
};

void processData(const LargeData &data) {
    // 处理数据，避免拷贝整个结构体
}
</syntaxhighlight>

=== 案例2：链式操作 ===
<syntaxhighlight lang="cpp">
class Counter {
    int count;
public:
    Counter(int c) : count(c) {}
    Counter &increment() {
        ++count;
        return *this;
    }
    int get() const { return count; }
};

int main() {
    Counter c(0);
    c.increment().increment().increment();
    cout << c.get(); // 输出: 3
    return 0;
}
</syntaxhighlight>

== 常见误区 ==
1. '''认为引用是对象'''：引用只是别名，不占用独立存储空间
2. '''试图获取引用的地址'''：获取引用地址实际上获取的是被引用对象的地址
3. '''返回局部变量的引用'''：会导致悬空引用
4. '''混淆引用和指针语法'''：引用使用<code>.</code>而不是<code>-></code>

== 性能考虑 ==
引用通常比指针更高效，因为：
* 编译器可以更好地优化引用
* 不需要空值检查
* 语法更简洁，减少间接访问错误

== 总结 ==
C++引用是强大的特性，提供了：
* 更安全的别名机制
* 更高效的参数传递
* 更简洁的代码表达
* 支持函数式编程风格

理解引用是掌握现代C++的关键基础，特别是在使用标准库和设计高效API时。

<mermaid>
graph TD
    A[声明引用] --> B[必须初始化]
    B --> C[不可重新绑定]
    C --> D[无空引用]
    D --> E[自动解引用]
    E --> F[常用于函数参数]
    F --> G[可用于返回值]
    G --> H[C++11右值引用]
</mermaid>

引用关系可以用数学表示为：<math>ref \equiv var</math>，即引用<math>ref</math>等价于变量<math>var</math>。

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