C++笔记 第五课 引用的本质分析---狄泰学院

版权声明：原创·禁止转载 https://blog.csdn.net/weixin_42187898/article/details/83211919

如果在阅读过程中发现有错误，望评论指正，希望大家一起学习，一起进步。
学习C++编译环境：Linux

第五课 引用的本质分析

1.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

swap函数的实现对比：
void swap (int&  a,  int&  b)
{
int t = a;
a = b;
b = t;
}
void swap(int*  a,  int*  b)
{
int t = *a;
*a = *b;
*b = t;
}

注意：函数中的引用形参不需要进行初始化！！！

2.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

int a = 4;
const int& b = a;
int* p = (int*)&b;
b = 5;  //Error,只读变量
*p = 5; //OK,修改变量a的值

当使用常量对const引用初始化时，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

const int& b = 1;  // OK
int* p = (int*)&b;
b = 5; //Error,只读变量
*p = 5; //OK,修改变量a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！！！

5-1 引用的特殊意义

#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;
}
运行结果：
lkk@lkk-virtual-machine:~/c++$ g++ 5-1.cpp
lkk@lkk-virtual-machine:~/c++$ ./a.out
Example:
a = 5
b = 5
Demo:
c = 5

思考：引用有自己的存储空间吗？
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

struct TRef
{
char& r;
};
printf(“sizeof(TRef)  =  %d\n”,  sizeof(TRef)); //  sizeof(TRef)  =  4

5-2 引用的思考

#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&));  // 1
    printf("sizeof(rc) = %d\n", sizeof(rc));        // sizeof(c) 1
    
    printf("sizeof(TRef) = %d\n", sizeof(TRef));    //0? 
    printf("sizeof(ref.r) = %d\n", sizeof(ref.r));  // sizeof(c)==>1
    return 0;
}
运行结果
sizeof(char&) = 1
sizeof(rc) = 1
sizeof(TRef) = 4
sizeof(ref.r) = 1

3.引用的本质

引用在C++中的内部实现是一个指针常量

注意：
1.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。
2.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。

5-3 引用的存储空间

#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;
}
运行结果
sizeof(r) = 12
sizeof(r.before) = 4
sizeof(r.after) = 4
&r.before = 0x7fffe938a820
&r.after  = 0x7fffe938a830

对应的汇编代码

4.引用的意义

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

5-4 函数返回引用

#include <stdio.h>
int& demo()  // int* const
{
    int d = 0;
    
    printf("demo: d = %d\n", d);
    
    return d;  // return &d;
}
int& func()
{
    static int s = 0;
    
    printf("func: s = %d\n", s);
    
    return s;  // 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;
}

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