一、引用的意義

• 引用作為變量別名而存在，因此在一些場(chǎng)合可以代替指針
• 引用相對(duì)于指針來(lái)說(shuō)具有更好的可讀性和實(shí)用性

下面通過(guò)代碼來(lái)進(jìn)行說(shuō)明，在C語(yǔ)言中，可以這么寫：

#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;
}

下面為輸出結(jié)果，可以看到a,b被交換。

若采用C++用的引用，則采用下面的代碼：

#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;
}

下面為輸出結(jié)果，需要注意的是，引用作為函數(shù)的形參時(shí)，不需要進(jìn)行初始化，初始化發(fā)生在函數(shù)調(diào)用的時(shí)候（形參一旦被初始化后，就代表兩個(gè)具體的外部變量）。

二、特殊的引用

const 引用

• 在C++中可以聲明const 引用
• const Type& name = var ;
• const 引用讓變量擁有只讀屬性
• 當(dāng)使用常量對(duì)const引用進(jìn)行初始化時(shí)，C++編譯器會(huì)為常量值分配空間，并將引用名作為這段空間的別名

所以上面那段代碼，b = 5 是不正確的，因?yàn)?b 已經(jīng)是只讀變量了，但是依舊可以通過(guò)指針改變這個(gè)只讀變量的值。

結(jié)論：使用常量對(duì)const 引用初始化后將生成一個(gè)只讀變量

下面看一段代碼，加深理解：

#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;
}

下面為輸出結(jié)果：

如果把那兩行（b = 5，c = 5）取消注釋，則就會(huì)輸出下面結(jié)果，編譯器會(huì)報(bào) b 和 c 都是只讀變量的錯(cuò)誤。

三、引用是否占用存儲(chǔ)空間

下面看一段代碼：

#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&));	//char類型占用一個(gè)字節(jié) 1
    printf("sizeof(rc) = %d\n", sizeof(rc));	//sizeof(c) => 1
    printf("sizeof(TRef) = %d\n", sizeof(TRef));	//？
    printf("sizeof(ref.r) = %d\n", sizeof(ref.r));	//sizeof(c) => 1
    return 0;
}

下面為輸出結(jié)果，可以看到sizeof(TRef)占用的內(nèi)存空間為4，我們知道指針占用的內(nèi)存空間為4，那么指針和引用到底有什么關(guān)系呢？第4節(jié)來(lái)分析。

四、引用的本質(zhì)

引用在C++中的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)是一個(gè)指針常量

注意：

• C++編譯器在編譯過(guò)程中用指針常量作為引用的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，因此引用所占用的空間大小與指針相同。
• 從使用的角度，引用只是一個(gè)別名，C++為了實(shí)用性而隱藏了引用的存儲(chǔ)空間這一細(xì)節(jié)。

通過(guò)下面的代碼，也可以很好的理解引用所占的字節(jié)數(shù)：

#include <stdio.h>
struct TRef
{
    char* before;
    char& ref;
    char* after;
};
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);
    return 0;
}

下面為輸出結(jié)果，可以看到結(jié)構(gòu)體占用12個(gè)字節(jié)，before 和 after 指針各占用4個(gè)字節(jié)，所以 ref 引用當(dāng)然也占用4個(gè)字節(jié)，通過(guò) after 的起始內(nèi)存地址減上 before 的起始內(nèi)存地址得8，而 before 指針占用4個(gè)字節(jié)，從這個(gè)層面也能知道 ref 引用占用4個(gè)字節(jié)。

為了深入理解引用的本質(zhì)，可以在 Visual Studio 2012 中進(jìn)行反匯編，如下圖，現(xiàn)在return 0那里打個(gè)斷點(diǎn)，然后點(diǎn)擊本地 Windows 調(diào)試器，開(kāi)始執(zhí)行代碼。

執(zhí)行完代碼后，鼠標(biāo)右擊空白區(qū)域，選擇轉(zhuǎn)到反匯編。

下面看一下反匯編的部分代碼，主要看引用那部分的匯編代碼，lea eax,[a] 表示取a的地址，存到 eax 寄存器中，mov dword ptr [b],eax表示把a(bǔ) 的地址保存到 b 所對(duì)應(yīng)的4個(gè)內(nèi)存空間里面去?？梢赃@么說(shuō)，引用的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)就是指針，所以引用占用內(nèi)存空間，且占用內(nèi)存空間大小和指針一樣。

五、引用的注意事項(xiàng)

C++中的引用旨在大多數(shù)的情況下代替指針

• 功能性：可以滿足多數(shù)需要使用指針的場(chǎng)合
• 安全性∶可以避開(kāi)由于指針操作不當(dāng)而帶來(lái)的內(nèi)存錯(cuò)誤
• 操作性∶簡(jiǎn)單易用，又不失功能強(qiáng)大

下面通過(guò)一個(gè)函數(shù)返回引用，介紹一下引用的注意事項(xiàng)。

#include <stdio.h>
int& demo()    //從內(nèi)部實(shí)現(xiàn)來(lái)看，想返回一個(gè)指針 int* const
{
    int d = 0;
    printf("demo: d = %d\n", d);
    return d; //本質(zhì)上，相當(dāng)于 return &d
}
int& func()
{
    static int s = 0;
    printf("func: s = %d\n", s);
    return s;    //本質(zhì)上，相當(dāng)于 return &s
}
int main(int argc, char* argv[])
{
    int& rd = demo();
    int& rs = func();
    printf("\n");
    printf("main: rd = %d\n", rd);
    printf("main: rs = %d\n", rs);
    printf("\n");
    rd = 10;
    rs = 11;
    demo();
    func();
    printf("\n");
    printf("main: rd = %d\n", rd);
    printf("main: rs = %d\n", rs);
    printf("\n");
    return 0;
}

下面為輸出結(jié)果，可以看到編譯的時(shí)候開(kāi)始發(fā)出警告說(shuō)不能返回局部變量，如果繼續(xù)運(yùn)行，可以看到 rd = 9658356，rd 為 d 的別名，按理說(shuō)應(yīng)該輸出 0 的，為什么輸出9658356 呢？這個(gè)因?yàn)?rd 所代表的的變量在 demo 函數(shù)調(diào)用返回的時(shí)候被摧毀了，其所代表的是一個(gè)不存在的變量，所以 rd 沒(méi)有意義了。

引用中必須遵守的規(guī)則：不要返回局部變量的引用。 如果局部變量是靜態(tài)的，則可以。因?yàn)殪o態(tài)局部變量的存儲(chǔ)區(qū)是全局的存儲(chǔ)區(qū)，所以它的空間不會(huì)因?yàn)楹瘮?shù)的返回而被摧毀。

六、小結(jié)

• 引用作為變量別名而存在旨在代替指針
• const 引用可以使得變量具有只讀屬性
• 引用在編譯器內(nèi)部使用指針常量實(shí)現(xiàn)
• 引用的最終本質(zhì)為指針
• 引用可以盡可能的避開(kāi)內(nèi)存錯(cuò)誤

到此這篇關(guān)于C++深入探究引用的本質(zhì)與意義的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++引用內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！