【C++学习记录5】引用的本质分析

本文探讨了C++中的引用,特别是const引用的特性,指出引用是已存在变量的别名,不能直接用字面常量初始化,但可以为const引用初始化。引用在内部实现上类似于指针常量,占用与指针相同的空间。引用的主要优点在于提供了一种更安全、更直观的替代指针的方式,但并不能完全避免所有内存错误,如返回局部变量的引用会导致问题。

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1)引用是另一个变量的别名,也就是已经存在的一段存储空间的别名;

2)引用作为变量别名而存在,因此在一些场合可以代替指针;

3)引用相对于指针来说具有更好的可读性和实用性。

注意:函数中的引用形参不需要进行初始化,调用的时候初始化

swap函数的实现对比:

 

const引用(对常量的引用)

1)在c++中可以声明const引用;

2)const Type & name = var;

3)const引用让变量拥有只读属性。

 

引用是另一个变量的别名,因此一个引用绝不可能是常量值的别名。也就是说不能用一个字面常量对引用进行初始化。但可以使用字面常量对const引用进行初始化。这时候编译器会真正的产生一个只读变量。C++编译器会为常量值分配空间,并将引用名最为这段空间的别名。

结论:使用常量对const引用初始化后将生成一个只读变量!

#include <stdio.h>

void Example()
{
    printf("Example:\n");
    
    int a = 4;
    const int& b = a;
    int* p = (int*)&b;
    
    //b = 5;
    
    *p = 5;
    
    printf("a = %d\n", a);
    printf("b = %d\n", b);
}

void Demo()
{
    printf("Demo:\n");
    
    const int& c = 1;
    int* p = (int*)&c;
    
    //c = 5;
    
    *p = 5;
    
    printf("c = %d\n", c);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    Example();
    
    printf("\n");
    
    Demo();

    return 0;
}

 运行结果为: 

问题:引用占用内存空间么?(为啥15行所占大小是1???)

#include <stdio.h>

struct TRef
{
    char& r;
};

int main(int argc, char *argv[])
{ 
    char c = 'c';
    char& rc = c;
    TRef ref = { c };
    
    printf("sizeof(char&) = %d\n", sizeof(char&));
    printf("sizeof(rc) = %d\n", sizeof(rc));
    
    printf("sizeof(TRef) = %d\n", sizeof(TRef));
    printf("sizeof(ref.r) = %d\n", sizeof(ref.r));

    return 0;
}

结构体大小为8,是一个指针类型的大小。

引用在C++中的内部实现是一个指针常量。

注意:

1)C++编译器在编译过程中用指针常量作为引用的内部实现,因此引用占用的空间大小与指针相同;

2)用使用的角度,引用只是一个别名,C++为了实用性隐藏了引用的存储空间这一细节。

通过对汇编代码的分析,引用的内部实现就是指针操作。所以引用占用内存空间。

C++中的引用旨在大多数情况下代替指针:(引用的意义)

1)功能性:可以满足多数需要使用指针的场合;

2)安全性:可以避开由于指针操作不当而带来的内存错误;

3)操作性:简单易用,又不失功能强大。

有些时候,引用不能完全避免内存操作方面的错误。

(返回局部变量的地址是错误的!)

不要返回局部变量的引用。

下面是出现内存错误的例子,根据程序5-4demo函数运行结束后,其中局部变量被销毁。此时,rd所代表的变量就是一个代表不存在的变量引用,已经没有意义了。从指针的角度看,rd变成野指针。所以会出现段错误。

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