一、什么是引用？
1、引用的基本用法：
小伙伴们在学习C语言的时候是不是经常遇到'&'这个符号，在C语言中它具有三种意思，一是取地址操作符，二是二进制按位与，三是当两个'&'放在一起的时候，表示逻辑与。而C++中保存了这些用法，同时也为'&'赋予了一层新的含义——引用（C++11中，'&&'表示右值引用，这个以后再说）。
C++中的引用是一种复合类型，就像指针一样。注意啊，这里埋了一个小伏笔。那引用是什么呢？它其实就是为一个变量取别名，那么通过操作这个引用就可以间接操作变量了，下面看引用的基本用法。
//引用的基础用法
int main()
{int a = 0;int& b = a;//为变量a取别名，这个名字是b，以后可以用b来代替aa = 10;cout << b << endl;//打印结果为：10//a和b就是同一个变量，就是名字不同，所以它们的地址相同cout << &a << endl;//打印结果为：000000525F91FB14cout << &b << endl;//打印结果为：000000525F91FB14return 0;
}上面的b就是一个引用，将a赋给b时，a就是b，b就是a，它们也指向同一块空间。
2、引用和指针：
//引用和指针
int main()
{int a = 0;int& b = a;int* c = &a;cout << &a << endl;//打印结果为：000000F079DFFAF4cout << &b << endl;//打印结果为：000000F079DFFAF4cout << &(*c) << endl;//打印结果为：000000F079DFFAF4return 0;
}在上面程序的输出结果可以看出，a、b、c三者的地址相同，这是不是给了我们一种思想，就是引用可以替代指针呢？
还记得以前的Swap()函数吗，如果是值传递就不会真正的交换，需要地址传递才行，形参部分使用指针接收，那如果引用可以替代指针，我们如果使用引用接收会怎样呢？下面请看代码。
//使用引用接收实参
void Swap(int& x, int& y)
{int tmp = 0;tmp = x, x = y, y = tmp;
}int main()
{int a = 10, b = 20;Swap(a, b);printf("a = %d, b = %d\n", a, b);//打印结果为：a = 20, b = 10return 0;
}上面代码的结果中，居然真的把a和b中的内容交换了，说明引用确实可以替代指针（注意，这时候还没有探索出引用和指针的区别——又埋了一个伏笔）。另外形参的x和y就是实参的a和b的别名，它们同属于一块空间，所以可以在函数内部实现交换。
二、引用有什么用？
1、引用的特性：
引用有一下几点需要注意，先写出来，之后逐一分析。
1）引用不能声明，并且定义时必须初始化。
2）引用初始化时候不能像指针一样，初始化成“空引用”。
3）引用一旦引用了一个实体（或者称为对象或变量）时，就不能再引用其他实体了。
4）引用可以做函数的返回值，但是在某些情况下是非常危险的。
5）如果一个引用不会被修改，或者不希望其修改，尽量使用count修饰（常引用）。
6）当需要使用指针接收实参时（比如上面的Swap()函数），可以写成引用，这样便于理解（没有学过引用的同学就不要这样做了）
//引用的特性
int main()
{//引用必须在定义时初始化//int& b;//非法的引用//一个变量可以有多个引用int a = 0;int& b = a, & c = a;//a的别名分别是b和ccout << "b = " << b << " c= " << c << endl;//打印结果为：b = 0 c= 0//引用一旦引用一个实体，就不能引用其他实体int d = 0;b = d;//这么写就会产生歧义，要么是把d的值赋给b，要么是把b变成d别名//为了解决这个问题，所以引用就不能再引用其他实体return 0;
}2、引用做返回值：
//引用做返回值
//传值返回，返回的是n的值，使用ret接收，除了函数之后n被销毁
int Count()
{int n = 0;n++;return n;
}//传引用返回，返回的是n的别名，出了函数之后可以通过ret访问到n，但n已经被销毁
int& Count(int x)
{int n = 0;n++;return n;
}int main()
{int ret = Count();//接收到的是n的值ret = Count(10);//接收到的是n的别名，通过操作ret可以改变n//这样的话就会造成越界访问，这是非常危险的cout << ret << endl;//这个打印结果可能是1，也可能是随机值int& ret1 = Count(10);cout << ret1 << endl;//这个结果是1或者随机值cout << ret1 << endl;//这个结果就是随机值（32位平台），64位平台仍然是1return 0;
}现在提出几个问题，为什么上面的ret输出结果是1或随机值？为什么ret1第二次输出的结果在32位平台上是随机值，在64位平台上还是1（或者说1也是随机值）？
首先ret的输出和ret1的第一次输出结果是一样的，都有可能是1或随机值，这是由编译器和操作系统决定的。ret2的第二次输出结果在32位平台上是随机值，原因是调用Count()函数之后，为变量n开辟了一块空间，当第二次输出ret的时候，n是局部变量被销毁，它的空间也被覆盖（这时候cout建立的栈帧覆盖了Count()函数建立的栈帧，那么n的空间被占据了，值自然也成为随机值了），所以结果在32位平台上是随机值。
下面看这个代码。
//引用做返回值
int& Count()
{int n = 0;n++;return n;
}int main()
{int ret = Count();cout << ret << endl;cout << ret << endl;return 0;
}
为什么ret不作为n的别名（即定义ret时没有加上引用），同样在32位平台上，结果就不是随机值呢？因为ret此时对n来说相当是值拷贝（在第一次输出的时候，ret内部的值就可能是1或随机值了），虽然函数返回的是n的别名，但使用的是变量ret接收，并不是n的别名接收。所以不管打印几次，结果都是输出n的值。
总的来说，int ret = Count()是将n的值传给ret，ret中一直保存着这个值，打印几次都不变。int& ret = Count()是将n的别名返回，使用一个别名ret接收，第一次输出通过ret找到n所指向的空间（虽然这块空间已经不属于n了，但是没有消失，内部的值也是随机的），第二次输出仍然是找那块空间，但是被cout()函数创建的栈帧覆盖了，那块空间里面的值自然就是随机值了。
从上面的代码中还可以看出，返回别名的函数，接收时不是必须使用别名接收。
下面我们看第二次输出仍然不是随机值的情况。
//引用做返回值
int& Count(int x)
{int num[1000] = { 0 };int n = 0;n++;return n;
}int main()
{int& ret = Count(10);cout << ret << endl;cout << ret << endl;return 0;
}
同样是在32位平台上输出的，也使用了引用，为什么两次结果都是1呢？唯一改动的就是Count()函数内部多开辟了一块空间，这块空间很大，所以栈帧分配的时候变量n就被分到了num的下面（从num开始分配空间）。当第二次输出的时候，cout()函数的栈帧没有Count()函数的栈帧大，所以变量n的空间没有被覆盖，所以还是1或随机值。
函数返回时，出了函数作用域，如果返回对象还未被销毁，就可以使用引用返回，如果已经被销毁了，则必须使用传值返回，否则是非常危险的。
3、引用的效率：
现在我们知道了引用可以代替指针，都知道函数传参时，传递地址使用指针接收的效率要比传递值的效率高，那我们现在对比一下传引用和传址的效率。
//传值传参和传引用传参的效率对比
#include <time.h>
struct A{ int a[10000]; };
void TestFunc1(A a) {}//传址传参
void TestFunc2(A& a) {}//传引用传参//比较效率
void TestRefAndValue()
{A a;//以值作为函数参数size_t begin1 = clock();for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)TestFunc1(a);size_t end1 = clock();//以引用作为函数参数size_t begin2 = clock();for (size_t i = 0; i < 10000; ++i)TestFunc2(a);size_t end2 = clock();//分别计算两个函数运行结束后的时间cout << "TestFunc1(A)-time:" << end1 - begin1 << endl;//打印结果为：TestFunc1(A)-time:7cout << "TestFunc2(A&)-time:" << end2 - begin2 << endl;//打印结果为：TestFunc2(A&)-time:0
}int main()
{TestRefAndValue();//从上面输出的结果可以看出，传值传参和传引用传参相差7毫秒//所以传引用传参的效率要比传值传参高return 0;
}这也应证了那句话，就是传址传参用指针接收的效率要高于传值传参，而目前我们所知道的是引用可以替代指针，所以传引用的效率高于传值。
//值和引用作为返回值类型的性能比较
#include <time.h>
struct A{ int a[10000]; };A a;//定义结构体变量
//之所以定义全局结构体变量，是因为引用返回要保证变量不被销毁A TestFunc1() { return a; }//值返回
A& TestFunc2() { return a; }//引用返回//比较效率
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;//打印结果为：TestFunc1 time:139cout << "TestFunc2 time:" << end2 - begin2 << endl;//打印结果为：TestFunc2 time:1
}int main()
{TestReturnByRefOrValue();//从结果可以看出，引用返回比值返回的效率高很多return 0;
}传引用传参和传引用返回：
传引用传参的特点是提高效率，在任何时候都可以使用，对于输出型参数，可以通过修改形参从而影响实参。
传引用返回的特点是提高效率，但是在出了函数作用域对象还在时才可以使用引用返回，引用返回还可以修改返回对象。
所以引用存在的的意义有三点，一是可以作为输出型参数（代替指针，容易理解），二是可以提高效率，三是可以引用返回，只要空间不销毁，就可以对空间进行修改。
4、常引用（用const修饰引用）：
在学习常引用时，引入了权限的概念。那什么是权限呢？比如一个变量，它可以被修改，这时正常的权限。当这个变量被const修饰之后，就是失去了可以被修改的这个特性，那么权限也就缩小了。那如果这个被const修饰的常量，去掉const之后又可以被修改了，这种情况就是权限放大了。同时权限还可以平移，也就是可修改的变量还可修改，不可修改的仍不可修改。
//权限
int main()
{const int a = 10;//int& b = a;//当a被const修饰之后，就不能进行修改了//所以这行语句是错误的，因为a的权限被b放大了，而权限可以缩小和平移，但不能放大int b = 10;const int& c = b;//这行代码可以，因为c将b的权限缩小了int& d = b;//这个是权限的平移，所以也可以return 0;
}//常引用
int func()
{int a = 10;return a;
}int main()
{int i = 0;const int& j = i;//权限缩小可以double x = i;//赋值可以//double& y = i;//i是int型的，y是double的//将i强转成y时会产生临时变量，而临时变量具有常属性，所以这样相当于权限放大const double z = i;//权限平移//int& ret = func();//因为func()返回a的拷贝，是临时对象，具有常属性const int& ret = func();//这样属于权限平移return 0;
}三、引用的本质：
现在终于可以探寻引用的本质了，之前一直都是一种“引用可以代替指针的态度”，并且它的效率和指针一样，都要比值传参值返回要高，那引用的本质到底是什么呢？（埋了两个伏笔，终于要揭晓了）先看一段代码。
//引用的本质
int main()
{int a = 10;int& b = a;int* c = &a;a = b++;a = (*c)++;return 0;
}
这这这这这，搞了这么半天，这引用不就是指针嘛，它们的底层完全相同啊，那知道了指针是什么，该如何使用，不就知道啥是引用了？说得对，但也不完全对，正所谓世界上没有完全相同的两片树叶，那也就没有完全相同的两个C++语法。引用的底层确实是使用指针实现的，好比真假美猴王一样，不然怎么和指针那么想呢，可是又不完全是指针，原因有三：
1）指针可以声明，定义时也可以不初始化（虽然这样做不太好），引用必须在定义时候初始化。
2）指针可以指向空（即NULL），但引用不能为空，没有“空引用”之说。
3）指针如果搞不好会成为野指针，但同样没有“野引用”之说，正如上面的代码，只是引用了一块释放的空间，访问的话会出现随机值（有时候也会报错或者程序崩溃）。
所以使用引用的注意事项，小伙伴们都记住了吗。
