C++深度解析 引用的本质分析 &（4）

C++深度解析 引用的本质分析（4）

 

 

 

引用

是另一个变量的别名（或者是一个已经存在存储空间的别名）。

引用在一些场合可以代替指针。

当引用作为函数的形参时，可以不初始化。

实例程序：

#include <stdio.h>

void swap(int& a, int& b)
{
    int t = a;
    a = b;
    b = t;
}

int main()
{
    int a = 1;
    int b = 2;
    
    swap(a, b);
    
    printf("a = %d, b = %d\n", a, b);   
    
    return 0;
}

结果如下：

 

 

 

特殊的引用：const 引用

声明：const Type& name = var;

用法：const Type& name <<-----等价于------>> Type* const name;（const int& name   ==  int* const name）

const引用让变量拥有只读属性。

当使用常量（字面常量）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。

使用常量对const引用初始化后将生成一个只读变量。

实例程序：

（下列使得变量拥有只读属性）

#include <stdio.h>

void Example()
{
    printf("Example:\n");
    
    int a = 4;
    const int& b = a;   //b就是a变量的别名，操作b就等于操作a
    int *p = (int *)&b; //指针p指向a的地址
    
    //b = 5; //错误，引用b使得a变为只读变量

    *p = 5; //可以的
    
    printf("a = %d\n", a);
    printf("b = %d\n", b);
}

void Demo()
{
    printf("Demo:\n");
    
    //初始化引用为1，这样子就得到只读变量c，分配了4个字节的空间，初始化为1，c就是这4个字节空间的别名
    const int& c = 1;      //int temp = 1， const int& c = temp
    int *p = (int *)&c;   
    
    //c = 5; //c是只读
    
    *p = 5; //将4个字节的空间改为5
    
    printf("c = %d\n", c);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    Example();
    
    printf("\n");
    
    Demo();
    
    return 0;
}

结果如下：

 

 

 

引用有自己的存储空间

注意：

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

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

示例程序：

#include <stdio.h>

struct TRef
{
    char& r;
};

int main(int argc, char *agrv[])
{
    char c = 'c';
    char& rc = c;
    TRef ref = { c };
    
    printf("sizeof(char&) = %d\n", sizeof(char&)); //1
    printf("sizeof(rc) = %d\n", sizeof(rc)); //sizeof(c) => 1
    
    printf("sizeof(TRef) = %d\n", sizeof(TRef)); //4
    printf("sizeof(ref.r) = %d\n", sizeof(ref.r)); //sizeof(c) => 1
}

结果如下：

分析：

TRef结构体大小为4。引用的本质是指针常量，Type&  =  Type* const。所以上述示例中，char& r = char *const r（内部实现的），所以sizeof(TRef) = 4，指针占用4字节的空间。

 

 

 

引用的存储空间

在C++编译器内部，用指针来实现引用的。引用是要占用空间的。

示例程序一：

#include <stdio.h>

struct TRef
{
    char* before; //4个字节  起始地址:0xbfcbc71c
    char& ref;    //占用4个字节     0xbfcbc724 - 0xbfcbc71c = 8
    char* after; //4个字节  起始地址:0xbfcbc724
};

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

}

结果如下：

通过上面的程序知道：引用的本质就是指针，C++希望利用引用在大多数情况下代替指针。

示例程序二：

• 使用常量对const引用初始化时，编译器会自动分配一段空间，
• 使用变量对const引用初始化时，编译器不会分配空间，而是将const引用和变量捆绑在一起

#include <stdio.h>
int main()
{
    int c = 0;
    
    const int& a = 1; //定义const引用a，指定a的初始化是个常量1
    const int& b = c; //定义const引用b，指定b的初始化是个变量c
    
    int *p = (int *)&a;
    
    
    //b = 2;          //错误，不能直接修改const引用的内容，因为b是个只读变量
    
    *p = 10;          //改变const引用a的内容
    printf("a = %d, b = %d, c = %d\n", a, b, c);
    
    p = (int *)&b;
    *p = 10;           //改变const引用b的内容
    printf("a = %d, b = %d, c = %d\n", a, b, c);
    
    return 0;
}

结果如下：

• const引用a初始化的是一个常量1，但却能被修改成功，说明a有自己的一段存储空间
• 而const引用b被指针修改后，变量c也跟着改变，说明const引用b和变量c的存储空间是一起的
• 所以，在C++中，const修饰的是常量，而const &修饰的是只读变量（可以通过指针修改值）

 

 

 

函数返回引用

必须遵守，不要返回局部变量的引用。

示例程序：

#include <stdio.h>

int& demo() //其实返回 int *const（内部实现）
{
    int d = 0;
    
    printf("demo: d = %d\n", d);
    
    return d;//返回局部变量d的本身，返回的是引用 return &d;
}

int& func()
{
    static int s = 0;//存储在全局的存储区
    
    printf("func: s = %d\n", s);
    
    return s;//返回静态局部变量的引用 return &s
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    int& rd = demo();
    int& rs = func();
    
    printf("\n");
    printf("main: rd = %d\n", rd);//这里的rd相当与野指针
    printf("main: rs = %d\n", rs);
    printf("\n");
    
    rd = 10;//很危险，demo的局部变量d已经不存在了
    rs = 11;//对rs的操作，相当于对s的操作
    
    demo();
    func();//静态局部变量s的别名rs,对rs的操作，相当于对s的操作
    
    printf("\n");
    printf("main: rd = %d\n", rd);//rd所代表的4字节空间已经不存在了，没意义
    printf("main: rs = %d\n", rs);
    printf("\n");
    
    return 0;
}

结果如下：

引用可以在最大程度上，避开内存操作的错误。引用的本质就是指针。

 

 

 

小结：

引用作为变量别名而存在旨在代替指针

const引用可以使得变量具有只读属性

引用在编译器内部使用指针常量实现

引用的最终本质为指针

引用可以尽可能的避开内存错误