C++引用

时间:2022-06-03 清风自在流水潺潺人气:0

一、引用的意义

引用作为变量别名而存在，因此在一些场合可以代替指针
引用相对于指针来说具有更好的可读性和实用性

下面通过代码来进行说明，在C语言中，可以这么写：

#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;
}

下面为输出结果，可以看到a,b被交换。

若采用C++用的引用，则采用下面的代码：

#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;
}

下面为输出结果，需要注意的是，引用作为函数的形参时，不需要进行初始化，初始化发生在函数调用的时候（形参一旦被初始化后，就代表两个具体的外部变量）。

二、特殊的引用

const 引用

在C++中可以声明const 引用
const Type& name = var ;
const 引用让变量拥有只读属性
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

所以上面那段代码，b = 5 是不正确的，因为 b 已经是只读变量了，但是依旧可以通过指针改变这个只读变量的值。

结论：使用常量对const 引用初始化后将生成一个只读变量

下面看一段代码，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;
}

下面为输出结果：

如果把那两行（b = 5，c = 5）取消注释，则就会输出下面结果，编译器会报 b 和 c 都是只读变量的错误。

三、引用是否占用存储空间

下面看一段代码：

#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类型占用一个字节 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;
}

下面为输出结果，可以看到sizeof(TRef)占用的内存空间为4，我们知道指针占用的内存空间为4，那么指针和引用到底有什么关系呢？第4节来分析。

四、引用的本质

引用在C++中的内部实现是一个指针常量

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。

通过下面的代码，也可以很好的理解引用所占的字节数：

#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;
}

下面为输出结果，可以看到结构体占用12个字节，before 和 after 指针各占用4个字节，所以 ref 引用当然也占用4个字节，通过 after 的起始内存地址减上 before 的起始内存地址得8，而 before 指针占用4个字节，从这个层面也能知道 ref 引用占用4个字节。

为了深入理解引用的本质，可以在 Visual Studio 2012 中进行反汇编，如下图，现在return 0那里打个断点，然后点击本地 Windows 调试器，开始执行代码。

执行完代码后，鼠标右击空白区域，选择转到反汇编。

下面看一下反汇编的部分代码，主要看引用那部分的汇编代码，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 的地址保存到 b 所对应的4个内存空间里面去。可以这么说，引用的内部实现就是指针，所以引用占用内存空间，且占用内存空间大小和指针一样。

五、引用的注意事项

C++中的引用旨在大多数的情况下代替指针

功能性：可以满足多数需要使用指针的场合
安全性∶可以避开由于指针操作不当而带来的内存错误
操作性∶简单易用，又不失功能强大

下面通过一个函数返回引用，介绍一下引用的注意事项。

#include <stdio.h>
int& demo()    //从内部实现来看，想返回一个指针 int* const
{
    int d = 0;
    printf("demo: d = %d\n", d);
    return d; //本质上，相当于 return &d
}
int& func()
{
    static int s = 0;
    printf("func: s = %d\n", s);
    return s;    //本质上，相当于 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;
}

下面为输出结果，可以看到编译的时候开始发出警告说不能返回局部变量，如果继续运行，可以看到 rd = 9658356，rd 为 d 的别名，按理说应该输出 0 的，为什么输出9658356 呢？这个因为 rd 所代表的的变量在 demo 函数调用返回的时候被摧毁了，其所代表的是一个不存在的变量，所以 rd 没有意义了。

引用中必须遵守的规则：不要返回局部变量的引用。如果局部变量是静态的，则可以。因为静态局部变量的存储区是全局的存储区，所以它的空间不会因为函数的返回而被摧毁。

六、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

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