C++ 引用的本质

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。比如 下面是 swap 函数的实现对比:

swap函数引用和指针对比

函数中的引用形参不需要进行初始化。

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,看下面的例子:

int a = 4;
const int& b = a;
int* p = (int*) &b;

b = 5; // ERROR,b是只读变量
*p = 5; // OK, 修改变量a的值

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。看下面的例子:

const int& b = 1; //OK
int* p = (int*) &b;

b = 5; // ERROR,b是只读变量
*p = 5; // OK, 修改变量a的值

结论:

使用常量对const 引用初始化后将产生一个只读变量。

const 引用示例 – 引用的特殊意义

#include <stdio.h>

void Example()
{
    printf("deepinout.com Example:\n");

    int a = 4;
    const int& b = a;
    int* p = (int*)&b;

    //b = 5; 编译出错误

    *p = 5;

    printf("a = %d\n", a);
    printf("b = %d\n", b);
}

void Demo()
{
    printf("deepinout.com Demo:\n");

    const int& c = 1;
    int* p = (int*)&c;

    //c = 5; 编译出错

    *p = 5;

    printf("c = %d\n", c);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    Example();

    printf("\n");

    Demo();

    return 0;
}

输出结果:

const引用

引用的存储空间大小

引用有自己的存储空间吗?下面的代码输出多少?

struct TRef
{
    char& r;
};
printf("sizeof(TRef) = %d\n", sizeof(TRef));

引用存储空间大小示例

#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&));
    printf("sizeof(rc) = %d\n", sizeof(rc));

    printf("sizeof(TRef) = %d\n", sizeof(TRef));
    printf("sizeof(ref.r) = %d\n", sizeof(ref.r));

    return 0;
}

输出结果:

引用存储空间大小

引用的内部实现

引用在C++中的内部实现是一个指针常量,下面的写法是等价的。

引用的内部实现

  • 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。
  • 从使用的角度看,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。

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;
}

输出结果:

引用的存储空间

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。

示例:引用作为函数返回值

#include <stdio.h>

int& demo()
{
    int d = 0;

    printf("demo: d = %d\n", d);

    return d; // 编译警告, 不能返回局部变量的引用!!!
}

int& func()
{
    static int s = 0;

    printf("func: s = %d\n", 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;
}

输出结果:

引用作为函数返回值

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