面试题：C++ 按引用传递修改实参的基本原理及应用

Question

请简述C++中按引用传递修改实参的原理，并编写一个函数，通过引用传递一个整数，在函数内将其值翻倍，展示按引用传递如何修改实参。同时解释函数调用过程中栈的变化情况。

Answer 1

按引用传递修改实参的原理

在C++ 中，按引用传递本质上是传递实参的别名。当我们声明一个引用参数时，它实际上是实参的另一个名字，与实参共享相同的内存地址。所以对引用参数的任何修改，实际上就是对实参的修改，因为它们指向同一块内存区域。

代码示例

#include <iostream>

// 通过引用传递一个整数，在函数内将其值翻倍
void doubleValue(int& num) {
    num *= 2;
}

int main() {
    int value = 5;
    std::cout << "Before function call: value = " << value << std::endl;
    doubleValue(value);
    std::cout << "After function call: value = " << value << std::endl;
    return 0;
}

函数调用过程中栈的变化情况

1. 调用函数前：
   • 主函数main的栈帧已经存在，栈中包含main函数的局部变量value，其值为5。
2. 调用doubleValue函数时：
   • 系统在栈上为doubleValue函数分配一个新的栈帧。
   • doubleValue函数的参数num（引用类型）并不需要额外的空间来存储值，因为它是main函数中value的别名，直接指向value的内存地址。
3. doubleValue函数执行时：
   • 在doubleValue函数栈帧内执行num *= 2，由于num是value的别名，实际上修改的是main函数栈帧中value的值，value变为10。
4. doubleValue函数返回后：
   • doubleValue函数的栈帧被销毁。
   • 回到main函数，此时main函数栈帧中的value值已经被修改为10，继续执行后续代码输出修改后的值。