C++中& 左值引用（Lvalue Reference）

在 C++ 中，& 用于定义左值引用（Lvalue Reference） ，它允许你直接操作原始对象而非其拷贝。以下是关于引用传递的核心理解和典型使用场景：

一、引用传递的核心含义

别名机制

引用是变量的"别名"，本质是对内存地址的间接访问（类似指针），但语法更安全、更直观：
cpp 复制代码
```
int x = 10;
int& ref = x;  // ref 是 x 的别名
ref = 20;      // 直接修改 x 的值
```
避免拷贝

传递大型对象时，引用传递不触发拷贝构造，显著提升性能：
cpp 复制代码
```
void processBigData(const BigData& data) { 
    // 直接操作 data，无需拷贝 
}
```
允许修改原始对象

函数通过引用参数可以修改外部变量（类似指针）：
cpp 复制代码
```
void increment(int& num) { 
    num++; 
}
int a = 5;
increment(a);  // a 变为 6
```
不可为空

引用必须绑定到有效对象（不能为 nullptr），避免空指针风险。

二、引用传递的典型使用场景

1. 函数参数传递

场景：需要修改传入的变量，或传递大型对象（如容器、字符串）。

示例：

cpp 复制代码

// 修改传入变量
void swap(int& a, int& b) {
    int tmp = a;
    a = b;
    b = tmp;
}

// 避免拷贝大型对象
void printVector(const std::vector<int>& vec) {
    for (auto& num : vec) std::cout << num << " ";
}

2. 返回值优化

场景：返回函数内部创建的对象的引用（需确保对象生命周期有效，如成员变量或静态变量）。

示例：

cpp 复制代码

class Logger {
    std::string log;
public:
    std::string& getLog() { 
        return log;  // 返回成员变量的引用
    }
};

3. 范围 for 循环

场景：遍历容器时直接修改元素。

示例：

cpp 复制代码

std::vector<int> nums = {1, 2, 3};
for (int& num : nums) {
    num *= 2;  // 直接修改容器内的元素
}

4. 操作符重载

场景：重载赋值运算符 =、流操作符 <</>> 等。

示例：

cpp 复制代码

// 链式赋值（返回左值引用）
MyClass& operator=(const MyClass& other) {
    // 赋值逻辑
    return *this;
}

// 流操作符重载
friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const MyClass& obj) {
    os << obj.data;
    return os;
}

5. 实现链式调用

场景：通过返回对象自身的引用支持连续调用。

示例：

cpp 复制代码

class Builder {
public:
    Builder& setWidth(int w) { 
        width = w; 
        return *this; 
    }
    Builder& setHeight(int h) { 
        height = h; 
        return *this; 
    }
};
Builder().setWidth(10).setHeight(20); // 链式调用

三、引用传递 vs 指针传递

特性	引用传递 (`&`)	指针传递 (`*`)
语法安全性	必须初始化，不可为空	可以为 `nullptr`
可读性	更直观（类似直接操作变量）	需要解引用 (`*` 或 `->`)
内存管理	无所有权语义	可能涉及内存分配/释放
适用场景	函数参数、返回值优化	动态内存、可选参数

四、注意事项

常引用 (const&)

若函数不需要修改参数，应使用 const T&，明确表达"只读"语义：
cpp 复制代码
```
void readData(const BigData& data) { 
    // 不能修改 data 
}
```

悬空引用（Dangling Reference）

避免返回局部变量的引用：

cpp 复制代码

int& getInvalidRef() {
    int x = 10;
    return x;  // x 将被销毁，返回的引用无效！
}

与右值引用 (&&) 区分
& 是左值引用，绑定到具名对象；&& 是右值引用，只能引用右值。

小拓展: &&正常情况下只能引用右值，举个例子:

cpp 复制代码

std::string say = "Hellow";
std::string&& name = say   //failed

std::string&& name = std::move(say);  //success

在这块由于say是一个左值，无法直接赋值给右值引用，左值需要通过std::move转换为右值后才能绑定到右值引用，资源型对象的移动会转移资源(如指针) ，转移语义后进行赋值会将原对象值的指针交给左值(基本类型等同拷贝，不会影响原对象)，移动后原对象的状态有效但未指定，不可依赖其值(除非重置)

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string say = "Hello";
    std::string&& name = std::move(say); // 转换为右值引用
    std::cout << "say after move: " << say << std::endl; // 输出空字符串
    std::cout << "name: " << name << std::endl;          // 输出 "Hello"

    int x = 42;
    int&& y = std::move(x);
    std::cout << "x after move: " << x << std::endl;     // 输出 42（基本类型不受影响）
    return 0;
}

五、总结

引用传递的核心价值：

提升性能（避免拷贝）
允许函数修改外部变量
代码更简洁安全（相比指针）

典型场景：

函数参数传递大型对象
需要修改外部变量
操作符重载、链式调用
范围 for 循环修改容器元素