【C++】一文搞懂引用特性，附带顺序表完整代码实现

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前言

在学习C++的过程中，我们可能会遇到这样的困惑：

🐾 C语言已经有指针了，为什么C++还要搞出一个“引用”？

🐾 引用到底能做什么？

🐾 它和指针有什么区别？

接下来，我们就从一段真实的顺序表代码出发，一边看代码一边理解引用：

• 引用如何让函数传参更简洁
• 引用作为返回值有什么用
• 引用和指针到底该选哪个

一、从"交换两个数"说起

在C语言中，如果我们想写一个交换两个整数的函数，必须传指针：

voidswap(int*px,int*py){inttmp=*px;*px=*py;*py=tmp;}

🐾 C++ 提供了一种更优雅的方式：引用。

voidswap(int&rx,int&ry){inttmp=rx;rx=ry;ry=tmp;}

二、引用的核心概念

2.1 什么是引用？

引用就是一个变量的别名。操作引用 = 操作原变量。

类型& + 别名 = 引用对象

inta=0;int&b=a;// b 是 a 的引用（别名）int&c=b;// c 也是 a 的引用cout<<&a<<endl;// 三个地址完全相同cout<<&b<<endl;cout<<&c<<endl;

2.2 引用的三大特性

2.3 引用 vs 指针

inta=10,c=20;int&b=a;b=c;// 这不是让b引用c，而是把c的值赋给a（b还是a的别名）cout<<&a<<" "<<&b<<endl;// 地址相同cout<<a<<endl;// 20（a的值被改成了c的值）

三、引用的典型应用

3.1 引用传参（会修改实参）

voidswap1(int&rx,int&ry){// 引用传递inttmp=rx;rx=ry;ry=tmp;}voidswap2(intrx,intry){// 值传递（无效）inttmp=rx;rx=ry;ry=tmp;}intmain(){intx=1,y=2;swap2(x,y);// 无效，x=1, y=2swap1(x,y);// 有效，x=2, y=1}

3.2 引用作为返回值（可修改返回对象）

int&STTop(ST&rs)//int& ：返回栈顶元素的引用，这样调用既可以读取栈顶值，也可以直接修改它（比如 STTop(st1) = 100; ）{assert(rs.top>0);returnrs.a[rs.top-1];// 返回栈顶元素的引用}// 使用示例STPush(st1,1);STPush(st1,2);cout<<STTop(st1)<<endl;// 输出 2STTop(st1)+=10;// 直接修改栈顶元素cout<<STTop(st1)<<endl;// 输出 12

🐾 好处：既能读取，也能直接修改，语法像操作普通变量一样自然。

四、顺序表（SeqList）完整实现

4.1 结构体定义（SeqList.h）

typedefintSLDatatype;// 将int重定义为SLDatatype,这样后边需要改类型，直接把int换掉就行typedefstructSeqList{SLDatatype*a;// 动态数组指针，a是SLDatatype类型的指针变量intsize;// 当前元素个数intcapacity;// 当前容量}SL;

4.2 初始化（带缺省参数）

//初始化顺序表// SL*是指向SL结构体的指针//pls是结构体SL的指针，指向SL，指针类型是SL*，用来在函数内部修改原结构体的数据//int n=4：默认参数，指定容量为4（若调用时不传入---设新的内存容量，则自动使用4）voidSLInit(SL*pls,intn=4){pls->a=(int*)malloc(n*sizeof(int));pls->size=0;pls->capacity=n;}

4.3 尾插

voidSLPushBack(SL*pls,intx){pls->a[pls->size++]=x;}

🐾 注意：正式实现需要加上扩容逻辑（参考后面的栈代码）。

4.4 查找

//查找//int x：要查找的目标元素//int i=0:默认参数，指定从下标i开始查找intSLFind(SL*pls,intx,inti=0);

4.5 按位访问（返回引用）

int&Slat(SL*pls,inti){assert(i>=0&&i<pls->size);returnpls->a[i];// 返回引用，可读可写}// 使用示例for(inti=0;i<10;i++){cout<<Slat(&s,i)<<" ";// 读取}Slat(&s,0)=100;// 修改

4.6 修改

//修改//int i:要修改的元素下标//int x:新的元素值voidModify(SL*pls,inti,intx);

五、栈（Stack）的动态扩容实现

voidSTInit(ST&rs,intn=4){rs.a=(STDatatype*)malloc(n*sizeof(STDatatype));rs.top=0;rs.capacity=n;}voidSTPush(ST&rs,STDatatype x){// 检查是否需要扩容if(rs.top==rs.capacity){intnewcapacity=rs.capacity==0?4:2*rs.capacity;STDatatype*tmp=(STDatatype*)realloc(rs.a,newcapacity*sizeof(STDatatype));if(tmp==NULL){printf("realloc fail!");return;}rs.a=tmp;rs.capacity=newcapacity;}rs.a[rs.top++]=x;}

🐾 扩容策略：每次容量满时，扩容为原来的 2 倍（均摊时间复杂度 O(1)）。

六、三种传参方式对比

🐾 结论：需要修改实参或避免拷贝时，用引用传递更简洁。

七、知识点汇总

八、本文全部代码

🐾 SeqList.h

#pragmaonce#include<stdlib.h>typedefintSLDatatype;//将int重定义为SLDatatype,这样后边需要改类型，直接把int换掉就行typedefstructSeqList{SLDatatype*a;//a是SLDatatype类型的指针变量intsize;intcapacity;}SL;//初始化顺序表// SL*是指向SL结构体的指针//pls是结构体SL的指针，指向SL，指针类型是SL*，用来在函数内部修改原结构体的数据//int n=4：默认参数，指定容量为4（若调用时不传入---设新的内存容量，则自动使用4）voidSLInit(SL*pls,intn=4);//尾插//int x：要尾插的元素值voidSLPushBack(SL*pls,intx);//查找//int x：要查找的目标元素//int i=0:默认参数，指定从下标i开始查找intSLFind(SL*pls,intx,inti=0);//"按位访问"函数//int i：要访问元素的下标int&Slat(SL*pls,inti);//修改//int i:要修改的元素下标//int x:新的元素值voidModify(SL*pls,inti,intx);

🐾 SeqList.cpp

#define_CRT_SECURE_NO_WARNINGS1#include"SeqList.h"#include"assert.h"#include<stdio.h>//初始化voidSLInit(SL*pls,intn){pls->a=(int*)malloc(n*sizeof(int));pls->size=0;pls->capacity=n;}//尾插voidSLPushBack(SL*pls,intx){pls->a[pls->size++]=x;//size从0开始，一直++}//查找intSLFind(SL*pls,intx,inti){assert(pls);assert(i>=0&&i<pls->size);for(;i<pls->size;i++){if(pls->a[i]=x){printf("找到了！\n");returnpls->a[i];}i++;}printf("未找到该元素!\n");return-1;}//修改voidSLModify(SL*pls,inti,intx){assert(pls);assert(i>=0&&i<pls->size);pls->a[i]=x;}

🐾 test.cpp

//引用//概念：引用不是新定义一个变量，而是给已存在变量取了一个别名，////////编译器不会为引用变量开辟内存空间， 它和它引用的变量共用同一块内存空间（基于引用的语法）//#include<iostream>usingnamespacestd;intmain(){inta=0;int&b=a;//类型& 引用别名 = 引用对象int&c=b;// b是a的别名，c是b的别名，所以c是a的别名cout<<&a<<endl;// 输出的结果一样，一串地址数字cout<<&b<<endl;// 引用acout<<&c<<endl;return0;}------------------//一个变量可以有多个引用intmain(){inta=10;int&b=a;//一旦引用了实体（10）就不能在引用其他的intc=20;//这里并非让b引用c，因为C++引用不能改变指向//这里是赋值，b还是a的别名，地址一样，但是b的值变成了20，a的值还是10b=c;cout<<&a<<endl;cout<<&b<<endl;//a和b的输出结果是一样的，因为b是a的别名，地址没变cout<<&c<<endl;return0;}///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////引用传参---地址传递////传地址，形参就可以改变实参#include<iostream>usingnamespacestd;voidswap1(int&rx,int&ry)//rx,ry->形参{inttmp=rx;//先把rx里的值弄走给tmp，再把ry的值丢给rx，然后再把tmp的值丢给ryrx=ry;ry=tmp;}//普通传参---值传递//这里值传递，形参的改变是不会对实参造成影响,结果还是 1 2voidswap2(intrx,intry){inttmp=rx;ry=rx;tmp=ry;}intmain(){intx=1,y=2;//实参cout<<x<<" "<<y<<endl;//1 2swap2(x,y);//这里值传递，形参的改变是不会对实参造成影响,结果还是1 2cout<<x<<" "<<y<<endl;//1 2swap1(x,y);//调用函数swap1，传参：把x和y的地址分别传给rx和ry，实现x和y的值的调换//此时x=2，y=1，所以下面使用值传递时，输出还是2 1，因为x和y值已经被改变了cout<<x<<" "<<y<<endl;//2 1////x=2，y=1//swap2(x, y); //这里值传递，形参的改变是不会对实参造成影响,结果还是2 1//cout << x << " " << y << endl;// 2 1return0;}/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////#include<iostream>#include<assert.h>usingnamespacestd;typedefintSTDatatype;typedefstructstack{STDatatype*a;//a是指针变量,用来存数据inttop;//栈顶intcapacity;//内存空间}ST;//初始化voidSTInit(ST&rs,intn=4)//rs是ST的别名,n是系统开辟的4个整型字节//ST* rs，rs是指向ST的地址的指针，类型是ST*{rs.a=(STDatatype*)malloc(n*sizeof(STDatatype));rs.top=0;rs.capacity=n;//开辟四个整型大小的内存空间}//栈顶voidSTPush(ST&rs,STDatatype x){//满了，扩容if(rs.top==rs.capacity){//如果为假，则说明刚初始化还没开辟空间；如果为真，说明空间已满intnewcapacity=rs.capacity==0?4:2*rs.capacity;//开始申请空间//realloc(a,b)->表示要开辟什么类型的空间；a表示开辟给谁；b表示开辟的空间大小STDatatype*tmp=(STDatatype*)realloc(rs.a,newcapacity*sizeof(STDatatype));//判断申请空间是否成功if(tmp==NULL){printf("realloc fail!");return;}rs.a=tmp;rs.capacity=newcapacity;//右边赋值给左边}rs.a[rs.top]=x;rs.top++;}//int& ：返回栈顶元素的引用，这样调用者既可以读取栈顶值，//也可以直接修改它（比如 STTop(st1) = 100; ）。int&STTop(ST&rs){assert(rs.top>0);returnrs.a[rs.top-1];}intmain(){ST st1;STInit(st1);STPush(st1,1);STPush(st1,2);cout<<STTop(st1)<<endl;STTop(st1)+=10;cout<<STTop(st1)<<endl;return0;}/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////#include"SeqList.h"intmain(){SL s;//定义一个顺序变量sSLInit(&s,10);//调用初始化函数为变量s预分配10内存容量的空间for(size_t i=0;i<10;i++){SLPushBack(&s,i);//调用尾插函数，给s尾插从0到9的元素}for(size_t i=0;i<10;i++){cout<<Slat(&s,i)<<" ";//调用按位访问函数，逐个打印访问过s的元素}cout<<endl;return0;}

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