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C++中引用的本质分析

2019-05-22 06:26:49来源：博客园阅读 ()

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；

1，变量的另一个表现形式；

2，交换函数时，可代替指针；

2，引用相对于指针来说具有更好的可读性和实用性；

1，指针类似手动挡车，引用类似于自动挡车；

3，引用实现交换函数；

1，函数中的引用形参不需要进行初始化；

1，调用函数的时候才初始化；

2，const 引用：

1，代码示例：

1 int a = 4;
2 const int& b = a;
3 int* p = (int*)&b;  // 等价于取 a 的地址；
4 
5 b = 5;  // Error，只读变量；
6 *p = 5;  // Ok，修改变量 a 的值；

2，在 C++ 中可以声明 const 引用；

3，const Type& name = var；

1，只有这样一种方式，不想 const 指针有四种方式；

4，const 引用让变量拥有只读属性；

1，引用对象是常量还是变量可以决定其所能参与的操作，但对于引用本身是不是一个常量未做限定；

2，因为引用对象可能是个非常量，所以允许通过其他途径改变它的值；

3，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，代码示例：

const int& b = 1;  // Ok，产生空间，值为 1，别名为 b，生成只读变量；
       
int* p = (int*)&b;

b = 5;  // Error，只读变量；
*P = 5;  // Ok，修改变量 a 的值；

1，这个分配的空间的别名是一个临时变量；

2，结论：

1，使用常量对 const 引用初始化后将生成一个只读变量；

4，引用的特殊意义实例分析：

1，main.cpp 文件：

 1 #include <stdio.h>
 2 
 3 void Example()
 4 {
 5     printf("Example:\n");
 6     
 7     int a = 4;
 8     const int& b = a;  // 只读变量；
 9     int* p = (int*)&b;
10     
11     //b = 5;  // error: assignment（赋值） of read-only reference 'b'；
12     
13     *p = 5;
14     
15     printf("a = %d\n", a);  // a = 5；
16     printf("b = %d\n", b);  // b = 5；
17 }
18 
19 void Demo()
20 {
21     printf("Demo:\n");
22     
23     const int& c = 1;  // 只读变量；
24     int* p = (int*)&c;
25     
26     //c = 5;  // error: assignment（赋值） of read-only reference 'b'；
27     
28     *p = 5;
29     
30     printf("c = %d\n", c);  // c = 5；
31 }
32 
33 int main(int argc, char *argv[])
34 {
35     Example();
36     
37     printf("\n");
38     
39     Demo();
40 
41     return 0;
42 }

2，结论：

　　1，要使一个已经存在的变量拥有只读属性，变成只读变量，定义一个 const 引用即可；

5，引用有自己的存储空间吗？

1，代码示例：

1 struct TRef
2 {
3     char& r;
4 };
5 
6 printf("sizeof(TRef) = %d\n", sizeof(TRef));

6，引用的思考编程实验：

1，main.cpp 文件：

 1 #include <stdio.h>
 2 
 3 struct TRef
 4 {
 5     char& r;  // 定义引用 r；
 6 };
 7 
 8 int main(int argc, char *argv[])
 9 { 
10     char c = 'c';
11     char& rc = c;
12     TRef ref = { c };  // r 引用 c；
13     
14     printf("sizeof(char&) = %d\n", sizeof(char&));  // 1；这里求对应的变量大小；
15     printf("sizeof(rc) = %d\n", sizeof(rc));  // sizeof(rc) => 1；
16     
17     printf("sizeof(TRef) = %d\n", sizeof(TRef));  // 4；
18     printf("sizeof(ref.r) = %d\n", sizeof(ref.r));  // sizeof(c) => 1；
19 
20     return 0;
21 }

7，引用在 C++ 中的内部实现是一个指针常量：

1，Type& name <==> Type* const name；

2，void f(int& a) void f(int* const a)

{ {

a = 5; <==> *a = 5; // 内部实现是这样；

} }

3，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；

4，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；

8，引用的存储空间：

1，main.cpp 文件：

 1 #include <stdio.h>
 2 
 3 struct TRef
 4 {
 5     char* before;
 6     char& ref;
 7     char* after;
 8 };
 9 
10 int main(int argc, char* argv[])
11 {
12     char a = 'a';
13     char& b = a;
14     char c = 'c';
15 
16     TRef r = {&a, b, &c};
17 
18     printf("sizeof(r) = %d\n", sizeof(r));  // 12；
19     printf("sizeof(r.before) = %d\n", sizeof(r.before));  // 4；
20     printf("sizeof(r.after) = %d\n", sizeof(r.after));  // 4；
21     printf("&r.before = %p\n", &r.before);  // 0xbf8a300c；
22     printf("&r.after = %p\n", &r.after);  // 0xbf8a3014；
23 
24     return 0;
25 }

9，C++ 中的引用旨在大多数情况下代替指针：

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；

10，函数返回引用实例分析：

1，main.cpp 文件：

 1 #include <stdio.h>
 2 
 3 int& demo()  // int* const demo()
 4 {
 5     int d = 0; // warning: reference to local variable 'd' returned；
 6     
 7     printf("demo: d = %d\n", d);  // d = 0；
 8     
 9     return d;  // return &d;，返回局部变量地址是不可以的；
10 }
11 
12 int& func()
13 {
14     static int s = 0;
15     
16     printf("func: s = %d\n", s);  // s = 0；
17     
18     return s;//这里是可以的；return &s;，地址不会因为函数返回而被摧毁；
19 }
20 
21 int main(int argc, char* argv[])
22 {
23     int& rd = demo();
24     int& rs = func();
25     
26     printf("\n");
27     printf("main: rd = %d\n", rd);  rd = 13209588；
28     printf("main: rs = %d\n", rs);  rs = 0；
29     printf("\n");
30     
31     rd = 10;  // 对栈上已经释放的四个字节进行操作赋值，没意义；
32     rs = 11;
33     
34     demo();  // d = 0； 每次调用都会被重建；
35     func();  // s = 11；
36     
37     printf("\n");
38     printf("main: rd = %d\n", rd);  // rd = 13209588；
39     printf("main: rs = %d\n", rs);  // rs = 11；
40     printf("\n");
41     
42     return 0;
43 }