第5课 - 引用的本质分析

最新推荐文章于 2024-10-08 15:21:53 发布

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本文深入探讨C++中的引用概念，包括其基本定义、用途、内部实现及潜在陷阱。重点介绍了引用作为指针的安全替代品，const引用的特性，以及如何正确理解和使用引用。

第5课 - 引用的本质分析

1. 引用的意义

　　（1）引用作为变量别名而存在，因此在一些场合可以代替指针

　　（2）引用相对于指针来说具有更好的可读性和实用性

注意： ① 一般在声明引用时，必须对其进行初始化 ② 函数中的引用形参不需要进行初始化！！！初始化发生在函数调用的时候。

2. 特殊的引用：const引用

　　（1）在 C++ 中可以声明 const 引用，形式如下：const Type& name = var; ，const引用让变量拥有只读属性

　　（2）当使用常量对 const 引用进行初始化时，C++编译器会为常量值分配空间，并将引用名作为这段空间的别名

 1 #include <stdio.h>
 2 
 3 void Example()
 4 {
 5     printf("Example:\n");
 6 
 7     int a = 4;    // i可以更改
 8     const int& b = a;    // b不可以更改
 9     int* p = (int*)&b; 
10 
11     //b = 5;
12 
13     *p = 5;
14 
15     printf("a = %d\n", a);
16     printf("b = %d\n", b);
17 }
18 
19 void Demo()
20 {
21     printf("Demo:\n"); 
22 
23     const int& c = 1;    // 普通的引用int& c = 1; 编译器报错
24 
25     int* p = (int*)&c;
26 
27     //c = 5; 
28 
29     *p = 5;   
30 
31     printf("c = %d\n", c);
32 }
33 
34 int main(int argc, char *argv[])
35 {
36     Example();
37 
38     printf("\n");
39 
40     Demo();
41 
42     return 0;
43 }

引用的特殊意义

3. 对引用的思考

　　引用有自己的存储空间吗？

 1 #include <stdio.h>
 2 
 3 struct TRef
 4 {
 5     char& r;
 6 };
 7 
 8 int main(int argc, char *argv[])
 9 { 
10     char c = 'c';
11 
12     char& rc = c;
13 
14     TRef ref = { c };
15     
16     printf("sizeof(char&) = %d\n", sizeof(char&));    // 1 char型变量的别名
17     printf("sizeof(rc) = %d\n", sizeof(rc));    // sizeof(c) => 1    变量c的别名
18 
19     printf("sizeof(TRef) = %d\n", sizeof(TRef));    // 4  结构体内的引用本质为指针，占4字节
20     printf("sizeof(ref.r) = %d\n", sizeof(ref.r));    // 1  char型变量的别名
21 
22     return 0;
23 }

引用的思考

4. 引用的本质

　　（1）引用在C++ 中的内部实现是一个指针常量

　　（2）C++ 编译器在编译过程中用指针常量作为引用的内部实现，将int& a 转换为int* const a，因此引用所占用的空间大小与指针相同。

　　（3）从使用的角度，引用只是一个别名，编译器使用引用时，会转为*a，C++ 为了实用性而隐藏了引用的存储空间这一细节。

 1 #include <stdio.h>
 2 
 3 struct TRef
 4 {
 5     char* before; //4字节
 6     char& ref;//4字节，本质是常量指针，会分配4字节的空间，相当于char* const ref;
 7     char* after;//4字节
 8     
 9 };
10 
11 
12 int main()
13 {
14     char a = 'a';
15     char& b = a;
16     char c ='c';
17 
18     TRef r = {&a, b, &c};
19 
20     printf("sizeof(r) = %d\n", sizeof(r));               //12
21     printf("sizeof(r.before) = %d\n", sizeof(r.before)); //4
22     printf("sizeof(r.after)  = %d\n", sizeof(r.after));  //4
23     printf("&r.before = %p\n", &r.before);
24     printf("&r.after  = %p\n", &r.after); //after和before相差8个字节，中间隔了个b引用所占用的空间
25 
26     return 0;     
27 }

引用的存储空间

5. 引用的意义

　　C++ 中的引用旨在大多数的情况下代替指针。

　　（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

 1 #include <stdio.h>
 2 
 3 int& demo()
 4 {
 5     int d = 0;
 6 
 7     printf("demo: d = %d\n", d); //输出0
 8 
 9     return d;//返回局部变量的引用，危险
10 }
11 
12 int& func()
13 {
14     static int s = 0;
15     printf("func: s = %d\n", s);//输出0
16 
17     return s; //合法，返回的是静态局部变量（位于全局存储区中的）
18 }
19 
20 
21 int main()
22 {
23     int& rd = demo();
24     int& rs = func();
25 
26     printf("\n");
27     printf("main: rd = %d\n", rd);//垃圾数值
28     printf("main: rs = %d\n", rs);//0，返回全局存储区中的s
29     printf("\n");
30 
31     return 0;     
32 }