快捷導(dǎo)航

C++中的引用和inline 和 nullptr全面解析

更新時(shí)間：2026年05月11日 10:16:50 作者：.道阻且長(zhǎng).

文章主要介紹C++中引用的概念、特性及使用方法,包括引用的定義、初始化、作用域、const引用等,并與指針進(jìn)行了對(duì)比,此外,還介紹了內(nèi)聯(lián)函數(shù)和nullptr的關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn),感興趣的朋友一起看看吧

一.引用

1.1引用的概念與定義

引?不是新定義?個(gè)變量，?是給已存在變量取了?個(gè)別名，編譯器不會(huì)為引?變量開(kāi)辟內(nèi)存空間，它和它引?的變量共?同?塊內(nèi)存空間。?如：?壺傳中李逵，宋江叫"鐵?"，江湖上?稱(chēng)"?旋 ?"；林沖，外號(hào)豹?頭；

類(lèi)型& 引?別名=引?對(duì)象

C++中為了避免引?太多的運(yùn)算符，會(huì)復(fù)?C語(yǔ)?的?些符號(hào)，?如前?的>，這?引?也和取地址使?了同?個(gè)符號(hào)&，?家注意使??法?度區(qū)分就可以。（吐槽?下，這個(gè)問(wèn)題其實(shí)挺坑的，個(gè) ?覺(jué)得?更多符號(hào)反?更好，不容易混淆

從這里我們可以看出，i和j的地址是一樣的，說(shuō)明他們指向同一塊空間，引用不會(huì)開(kāi)辟新空間

1.2 引?的特性

1.引?在定義時(shí)必須初始化

2.?個(gè)變量可以有多個(gè)引?

3. 引??旦引??個(gè)實(shí)體，再不能引?其他實(shí)體

這里我們可以看出，引用b指向了a，說(shuō)明是給a取了別名；若要讓b在指向d，d現(xiàn)在是20，這里就是賦值的意思，將20賦值給b，而b又是a的別名，所以a的值也發(fā)生了改變

4.別名++，其存在的變量也++

1.3 引?的使?

1.3.1引用傳參的使用

1. 引?在實(shí)踐中主要是于引?傳參和引?做返回值中減少拷?提?效率和改變引?對(duì)象時(shí)同時(shí)改變被引?對(duì)象。

2.引?傳參跟指針傳參功能是類(lèi)似的，引?傳參相對(duì)更?便?些。

如果使用指針來(lái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)數(shù)的交換，首先Swap1中的ab需要開(kāi)辟一個(gè)空間來(lái)指向x1，y1的地址，需要拷貝；

若用引用的話(huà)，只是給x2，y2起別名，ab發(fā)生改變，x2，y2也同時(shí)發(fā)生改變，但這種情況不會(huì)開(kāi)辟新空間，不需要拷貝優(yōu)于指針

上面的圖返回的是臨時(shí)變量，是一個(gè)值，需要存儲(chǔ)起來(lái)，不能直接進(jìn)行修改；

下面的圖返回的是它的引用，可以進(jìn)行直接修改

3.引?返回值的場(chǎng)景相對(duì)?較復(fù)雜，我們?cè)谶@?簡(jiǎn)單講了?下場(chǎng)景，還有?些內(nèi)容后續(xù)類(lèi)和對(duì)象章節(jié) 中會(huì)繼續(xù)深?講解。

4.引?和指針在實(shí)踐中相輔相成，功能有重疊性，但是各有特點(diǎn)，互相不可替代。C++的引?跟其他語(yǔ)?的引?(如Java)是有很?的區(qū)別的，除了?法，最?的點(diǎn)，C++引?定義后不能改變指向， Java的引?可以改變指向。

5.?些主要?C代碼實(shí)現(xiàn)版本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教材中，使?C++引?替代指針傳參，?的是簡(jiǎn)化程序，避開(kāi) 復(fù)雜的指針，但是很多同學(xué)沒(méi)學(xué)過(guò)引?，導(dǎo)致?頭霧?。

1.3.2傳引用返回

再說(shuō)傳引用返回，這里返回的是ret的別名

但是這樣的傳引用返回的行為，本質(zhì)上是非常危險(xiǎn)的，func函數(shù)結(jié)束之后，func棧幀就銷(xiāo)毀了，但是tmp依舊是ret這塊空間的別名，tmp依舊在訪(fǎng)問(wèn)ret，就相當(dāng)于野指針的訪(fǎng)問(wèn)。此時(shí)返回的就不一定是0了，也有可能是隨機(jī)值

正確傳引用返回：

如圖出了作用域，func1結(jié)束，ret還在，此時(shí)被static修飾的ret就不存在func1的棧幀之中了

1.4 const引用

1.可以引用一個(gè)const對(duì)象，但是必須用const引用。const引用也可以引用普通對(duì)象，因?yàn)閷?duì)象的訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限在引用過(guò)程中可以縮小，但是不能放大。

如圖，如果a被const修飾了，引用就不能使用了，此時(shí)a不能改變，但是b是a的別名，可以改變a，這就是一個(gè)權(quán)限放大的場(chǎng)景，權(quán)限是不能放大的，想要正常引用就要權(quán)限移b也要被const修飾

用const修飾a，a只能讀不能寫(xiě)；而b是a的引用，沒(méi)有用const，那么b既能讀又能寫(xiě)，放大了a的權(quán)限

這樣寫(xiě)才是正確的，a和b都只能讀不能寫(xiě)。

a可讀可寫(xiě)，但是引用后只能讀不能寫(xiě)，這樣是正確的，縮小了權(quán)限

2.不需要注意的是類(lèi)似 int& rb = a*3; double d = 12.34; int& rd = d; 這樣?些場(chǎng) 景下a*3的和結(jié)果保存在?個(gè)臨時(shí)對(duì)象中， int& rd = d 也是類(lèi)似，在類(lèi)型轉(zhuǎn)換中會(huì)產(chǎn)?臨時(shí)對(duì) 象存儲(chǔ)中間值，也就是說(shuō)，rb和rd引?的都是臨時(shí)對(duì)象，?C++規(guī)定臨時(shí)對(duì)象具有常性，所以這? 就觸發(fā)了權(quán)限放?，必須要?常引?才可以。

int& 是非常量左值引用，它只能綁定到一個(gè)可修改的左值（即有內(nèi)存地址的變量）。
a * 3 是一個(gè)臨時(shí)右值（計(jì)算結(jié)果是一個(gè)沒(méi)有名字的臨時(shí)值，沒(méi)有持久的內(nèi)存地址），無(wú)法被非常量左值引用綁定。

正確寫(xiě)法是在引用前面加上const修飾，只能讀。

double d = 12.34;定義了一個(gè) double 類(lèi)型變量 d，值為 12.34。
int i = d;
- 將 double 類(lèi)型的 d 隱式轉(zhuǎn)換為 int，截?cái)嘈?shù)部分，i 的值為 12。
- 這是直接賦值，i 是一個(gè)獨(dú)立的新變量，和 d 共享內(nèi)存。
const int& ri = d;
- 試圖將 double 類(lèi)型的 d 綁定到 const int& 類(lèi)型的引用。
- 由于類(lèi)型不匹配，編譯器會(huì)生成一個(gè)臨時(shí)的 int 類(lèi)型對(duì)象，將 d 截?cái)酁?12 存入該臨時(shí)對(duì)象，然后讓 ri 綁定到這個(gè)臨時(shí)對(duì)象。
- 這就是圖中標(biāo)注的「臨時(shí)對(duì)象」：它是一個(gè)匿名的、生命周期被 const int& 延長(zhǎng)的臨時(shí)變量，ri 并不直接引用 d，而是引用這個(gè)臨時(shí)對(duì)象。

1.5指針與引用的關(guān)系

對(duì)比維度	引用（Reference）	指針（Pointer）
本質(zhì)概念	變量的別名，不單獨(dú)占用內(nèi)存空間	存儲(chǔ)變量的內(nèi)存地址，需要占用內(nèi)存空間
初始化要求	定義時(shí)必須初始化，且必須綁定到一個(gè)已存在的對(duì)象	建議初始化，但語(yǔ)法上不強(qiáng)制，可以先聲明后賦值
指向關(guān)系	初始化后無(wú)法再更改綁定對(duì)象，始終指向最初綁定的變量	可以隨時(shí)改變指向，指向不同的變量或空地址
訪(fǎng)問(wèn)方式	直接使用引用名訪(fǎng)問(wèn)目標(biāo)對(duì)象，無(wú)需解引用	需要通過(guò) `*` 解引用操作符才能訪(fǎng)問(wèn)目標(biāo)對(duì)象
sizeof 含義	`sizeof(引用)` 結(jié)果為所引用類(lèi)型的大小（如 `sizeof(int&)` = 4）	`sizeof(指針)` 結(jié)果為地址空間的字節(jié)數(shù)（32 位平臺(tái)為 4 字節(jié)，64 位平臺(tái)為 8 字節(jié)）
安全性	不存在空引用、野引用問(wèn)題，使用相對(duì)更安全	容易出現(xiàn)空指針、野指針問(wèn)題，使用時(shí)需額外判斷合法性
典型用途	函數(shù)參數(shù)傳遞（避免拷貝）、函數(shù)返回值（保證非空）	動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理、數(shù)組遍歷、復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（鏈表 / 樹(shù)）的節(jié)點(diǎn)操作

二、inline

先看一下宏常見(jiàn)的問(wèn)題

看似沒(méi)有問(wèn)題，但這個(gè)宏在另一種場(chǎng)景下就又不對(duì)了

所以可以看出宏函數(shù)很容易出現(xiàn)問(wèn)題，很復(fù)雜，還不能調(diào)試

所以C++之父就搞了個(gè)內(nèi)聯(lián)出來(lái)

寫(xiě)個(gè)函數(shù)是不容易寫(xiě)錯(cuò)的，但寫(xiě)個(gè)宏函數(shù)很容易寫(xiě)錯(cuò)
宏函數(shù)的優(yōu)點(diǎn)就是可以提高效率，適用于高頻調(diào)用的小函數(shù)，預(yù)處理階段宏會(huì)替換，不建立棧幀，而且宏甚至可以傳類(lèi)型

C++中內(nèi)聯(lián)就是用來(lái)替換宏的

用inline修飾的函數(shù)叫做內(nèi)聯(lián)函數(shù)，編譯時(shí)C++編譯器會(huì)在調(diào)用的時(shí)候展開(kāi)（不是把函數(shù)部分的代碼直接放到主函數(shù)處，而是把函數(shù)地方的邏輯經(jīng)過(guò)一定的處理，經(jīng)過(guò)編譯器自己分析，用于主函數(shù)處）內(nèi)聯(lián)函數(shù)，這樣調(diào)用內(nèi)聯(lián)函數(shù)就不需要建立棧幀了，就可以提高效率
inline對(duì)于編譯器而言只是一個(gè)建議，也就是說(shuō)，你加了inline編譯器也可以選擇在調(diào)用的地方不展開(kāi)，不同編譯器關(guān)于inline什么情況展開(kāi)各不相同，因?yàn)镃++標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有規(guī)定這個(gè)。inline適用于頻繁調(diào)用的短小函數(shù)，對(duì)于遞歸函數(shù)，代碼相對(duì)多一些的函數(shù)，加上inline也會(huì)被編譯器忽略。

三、nullptr

nullptr是C++11的一個(gè)關(guān)鍵字，是用來(lái)替代C語(yǔ)言的NULL的

NULL實(shí)際上是一個(gè)宏，在傳統(tǒng)的C頭文件（stddef.h）中，可以看到如下代碼：

#ifndef NULL
    #ifdef __cplusplus
        //C++中的NULL被替換為0,默認(rèn)為整型
        #define NULL    0
    #else
        //C語(yǔ)言中的NULL也被替換為0，但是被強(qiáng)制類(lèi)型轉(zhuǎn)換為（void*）
        #define NULL    ((void *)0)
    #endif
#endif

C++中NULL可能被定義為字面常量0，或者C中被定義為無(wú)類(lèi)型指針（void * ）的常量。不論采取何種定義，在使用空值的指針時(shí)，都不可避免的會(huì)遇到一些麻煩，本想通過(guò)f（NULL）調(diào)用指針版本的f（int * ）函數(shù)，但是由于NULL被定義成0，調(diào)用了f（int x），因此與程序的初衷相悖。f（（void* ）NULL）;調(diào)用會(huì)報(bào)錯(cuò)

在C++之中，void* 給int* 是需要強(qiáng)制類(lèi)型轉(zhuǎn)換的
C++11中引用nullptr，nullptr是一個(gè)特殊的關(guān)鍵字（就相當(dāng)于語(yǔ)法層在編譯的時(shí)候就特殊解決該問(wèn)題了），nullptr是一種特殊類(lèi)型的字面量，它可以轉(zhuǎn)換成任意其它類(lèi)型的指針類(lèi)型（值還為0）。使用nullptr定義空指針可以避免類(lèi)型轉(zhuǎn)換的問(wèn)題，因?yàn)閚ullptr只能被隱式轉(zhuǎn)換為指針類(lèi)型，而不能被轉(zhuǎn)換為整數(shù)類(lèi)型。