突破编程_C++_面试（基础知识（7））

面试题16：什么是引用，它与指针有什么区别

引用是变量的别名。对于变量名而言，C++ 实际上对其是不作存储的，在汇编以后不会出现变量名，变量名作用只是用于方便编译器成汇编代码，是给编译器看的，同时也是方便人编写与阅读代码。作为变量名的别名，引用自然也不会在内存中存储，它只是提供了另一种访问已分配内存的方式。另外，引用也并没有自己的内存地址，即使对引用进行取地址操作，返回来的结果也是原变量地址，如下为样例代码：

#include <iostream>  

int main() {

	int val = 1;
	int& refVal = val;

	printf("val address = %p\n", &val);
	printf("refVal address = %p\n", &refVal);

	return 0;
}

上面代码输出为：

val address = 00000025324FF724
refVal address = 00000025324FF724

从上面的输出可以看到，引用指向的地址（00000025324FF724）就是原变量的地址（00000025324FF724），因此，对引用的任何操作实际上修改的就是原有变量
引用与指针的区别如下：
（1）基本概念
引用是变量的别名，是一个已经存在的变量的另一个名字，不占用存储空间。一旦引用被定义并初始化，就不能被重新指向另一个变量。引用总是指向在初始化时被指定的变量，直到该引用和变量都超出作用域。
指针是一个变量，占用存储空间（ 32 位平台编译是 4 个字节， 64 位位平台编译是 8 个字节），其值为另一个变量的地址。非 const 的指针可以重新指向另一个变量，即可以改变指针的值，使其指向另一个地址。
（2）访问所指向的变量
使用引用就像使用它所引用的变量一样。例如：int val=1; int& valRef=val; valRef=2;， 该段代码将 val 的值由 1 修改为 2。
使用指针访问其指向的变量需要使用解引用操作符（*）。例如：int val=1; int* prt=&val; *prt=2; ， 该段代码将 val 的值由 1 修改为 2。
（3）初始值
引用在定义时必须要同时初始化指向有效的变量，没有空引用的概念。
指针可以是空（ nullptr ），指向不确定的内存，或者指向已经被释放的内存。
（4）运算
引用没有自己的地址，不可以进行指针算术。
指针有自己的地址和值，可以进行指针算术（如递增、递减、比较等）。
（5）用途
引用通常用于函数参数和函数返回值，以确保传递的是变量的别名而非副本，从而可以避免值拷贝的过程并且能够修改实际参数的值。
指针除了能够用于函数参数和函数返回值，还可以用于动态内存分配、构建数据结构（如链表、树、图等）以及以函数指针的形式用于回调等过程。
（6）安全性
引用总是指向有效的对象，并且不能被重新指向。所以其类型是固定的，更为安全。
指针可以强制类型转换、可以为空、可以指向无效的地址，所以在使用不当的情况下容易引起程序崩溃。

面试题17：什么是 const 引用，其用途是什么

const 引用指的是对常量的引用，也就是说，不可以通过该引用修改其指向变量的值。其语法形式如下 ：

const 类型名& 引用名 = 被引用的常量值或变量;

const 引用有多个重要的用途：
（1）保护数据不被修改：最基本的作用是防止不小心修改数据的值。当你不希望一个变量在函数中被修改时，可以使用 const 引用来传递这个变量。
（2）函数参数传递：在函数形参中使用 const 引用，可以确保在函数内部不会修改实参的值。同时，由于引用避免了数据的拷贝，因此在传递大型数据结构时，使用 const 引用可以提高效率。
（3）增加代码的可读性和安全性：使用 const 引用可以明确地告诉其他阅读代码的人，这个数据是不应该被修改的，从而增加代码的可读性和安全性。
（4）扩展函数的应用范围：使用 const 引用作为函数参数，可以使得函数既能接受常量也能接受非常量作为参数，从而扩展了函数的应用范围。例如：

void printStr(const string& str)
{
	printf("%s\n", str.c_str());
}
int main()
{
	printStr("hello");			//正确：这种场景下使用 const 引用可以方便的直接以常量字符串作为入参。
	
	return 0;
}

面试题18：当一个对象通过引用传递给函数时，会不会调用拷贝构造函数

当一个对象通过引用传递给函数时，不会调用拷贝构造函数。这是因为引用只是对象的别名，而不是对象的副本。所以引用作为函数参数可以提高程序性能：避免了值传递时无谓的数据拷贝过程，特别是对于大型对象或数据结构来说效果更为显著。同时，引用传递还允许函数修改其参数对象的状态，因为函数操作的是原始对象而不是其副本。

面试题19：如何使用右值引用与 move 来优化性能

右值引用与 move 的配合使用可以将资源（如动态分配的内存）从一个对象转移到另一个对象，而不用进行深拷贝。这个移动过程是通过右值引用、移动构造函数以及移动赋值运算符来实现的。
move 的本质是将左值强制转换为右值引用，避免拷贝带来的性能损失，该函数对具有移动构造函数的类类型有效，但是对于一些基本类型（比如 int 、 float 等）使用时，仍然会发生拷贝（ C++ 中所有容器都支持 move 操作）。
移动构造函数与移动赋值函数（重载 operator= 实现）都接受一个右值引用作为参数，并从该参数中移动资源（而非复制资源）。从而是将资源的所有权（如动态内存）从源对象转移到目标对象。
如下是一个使用 move 、移动构造函数以及移动赋值运算提高程序性能的实现过程：

#include <iostream>  

using namespace std;

class A
{
public:
	A()
	{
		printf("execute constructor function\n");
		m_val = new int(0);
	}
	A(A&& a) noexcept		//移动构造函数 
	{
		if (this != &a) {	// 防止自赋值  
			printf("execute move constructor function\n");
			m_val = a.getVal();	//内存转移
			a.initVal();	//源对象的内存做 nullptr 处理，防止其在析构时出现二次释放内存的行为
		}
	}
	A& operator=(A&& a) noexcept		//移动赋值函数 
	{
		if (this != &a) // 防止自赋值  
		{
			printf("execute operator=() function\n");
			m_val = a.getVal();	//内存转移
			a.initVal();	//源对象的内存做 nullptr 处理，防止其在析构时出现二次释放内存的行为
		}
		return *this;
	}
	~A()
	{
		printf("execute destructor function\n");
		if (nullptr != m_val)
		{
			delete m_val;
			m_val = nullptr;
		}
	}

public:
	int* getVal() const
	{
		return m_val;
	}

	void initVal()
	{
		m_val = nullptr;
	}

private:
	int* m_val = nullptr;
};

int main()
{
	A a1;
	A a2(move(a1));		//调用移动构造函数
	A a3;
	A a4;
	a4 = move(a3);		//调用移动赋值函数，注意：如果写成 A a4 = move(a3); 依然会调用移动构造运算符
	return 0;
}

上面代码输出为：

execute constructor function
execute move constructor function
execute constructor function
execute constructor function
execute operator=() function
execute destructor function
execute destructor function
execute destructor function
execute destructor function

上面代码中的移动构造函数以及移动赋值函数实现了将堆上的内存 m_val 转移到目标对象的功能。