[C++]筆記二十三：C++引用的本質(zhì)剖析

ID:244281 · 發(fā)表于 2018-4-3 20:30

本帖最后由 tyyhmtyyhm 于 2018-4-28 10:02 編輯

第一，引用的意義

1、引用作為其它變量的別名而存在，在一些場(chǎng)合可以代替指針；

2、引用相對(duì)于指針來說具有更好的可讀性和實(shí)用性。（實(shí)例可以見之前的交換兩個(gè)變量的值程序）

第二，引用的本質(zhì)思考

思考1：引用連接的兩個(gè)變量地址相同嗎？

之前我們理解b是a的別名，那么變量b有地址嗎？還是跟a地址一樣呢？

我們運(yùn)行程序：

#include <iostream>

using namespace std;

int main()

{

//const int a=10;//必須初始化

int a=10;

int &b=a; //b很像一個(gè)const常量

cout<<"a="<<a<<endl;//打印a的值

cout<<"b="<<b<<endl;//打印b的值

//a和b是同一塊內(nèi)存空間的“門牌號(hào)”

cout<<"&a="<<&a<<endl;//打印a的地址

cout<<"&b="<<&b<<endl;//打印b的地址

system("pause");

return 0;

}

運(yùn)行結(jié)果：

a=10

b=10

&a=002EF9FC

&b=002EF9FC

請(qǐng)按任意鍵繼續(xù). . .

發(fā)現(xiàn)a和b的地址是一樣的，這說明a和b是同一塊內(nèi)存空間的“門牌號(hào)”。

思考2：引用占不占內(nèi)存空間呢？

我們知道引用依附于一個(gè)變量，那么引用定義的變量占不占內(nèi)存空間呢？

我們通過結(jié)構(gòu)體來研究一下這個(gè)問題：

在結(jié)構(gòu)體中定義兩個(gè)引用變量，看下這兩個(gè)引用變量占據(jù)多大的內(nèi)存，也就是這個(gè)看下這個(gè)結(jié)構(gòu)體占據(jù)多大的內(nèi)存。

#include <iostream>

using namespace std;

struct Teacher

{

char name[64];//64字節(jié)

int age; //4個(gè)字節(jié)

int &a; //多少個(gè)字節(jié)?

int &b;

};

int main()

{

cout<<"sizeof(Teacher)="<<sizeof(Teacher)<<endl;

system("pause");

return 0;

}

運(yùn)行結(jié)果：

sizeof(Teacher)=76

請(qǐng)按任意鍵繼續(xù). . .

通過運(yùn)行我們發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)體占了76個(gè)字節(jié)，也就是說每個(gè)引用占了4個(gè)字節(jié)內(nèi)存，這個(gè)和指針是一樣的！指針也是占4個(gè)字節(jié)內(nèi)存的！

另外，我們知道單獨(dú)定義引用時(shí)，必須初始化：說明引用很像一個(gè)const常量。因?yàn)?font face="宋體">定義常量時(shí) const int a = 10；必須初始化，進(jìn)行賦值，如果不初始化就會(huì)報(bào)錯(cuò)。

再加上這部分我們探討發(fā)現(xiàn)引用很像一個(gè)指針，占據(jù)4個(gè)字節(jié)的內(nèi)存。

先對(duì)上面兩部分做個(gè)小結(jié)：

我們看到引用變量b作為a的別名，二者內(nèi)存地址相同，但是為什么又分別占據(jù)內(nèi)存呢？援引網(wǎng)上的一句話：由于引用本身就是目標(biāo)的一個(gè)別名，引用本身的地址是一個(gè)沒有意義的值，所以在c++中是無法取得引用的內(nèi)存地址的。取引用的地址就是取目標(biāo)的地址，c++本身就根本不提供獲取引用內(nèi)存地址的方法。

第三，引用的本質(zhì)

1、引用在C++中的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)是一個(gè)常指針；

Type &name <-----> Type *const name

2、C++編譯器在編譯過程中使用常指針作為引用的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，因此引用所占用的空間大小與指針相同；

3、從使用的角度，引用會(huì)讓人誤認(rèn)為其只是一個(gè)別名，沒有自己的內(nèi)存空間（跟目標(biāo)公用一個(gè)內(nèi)存空間），這是C++為了實(shí)用性而做出的細(xì)節(jié)隱藏，就是說C++不想讓人們找到引用自己真實(shí)的地址，即使你去取引用變量b的地址，也只是目標(biāo)變量a的地址。

想下指針變量具有一個(gè)地址，指針指向的空間也有一個(gè)地址，沒有隱藏，很多指針指向同一個(gè)對(duì)象時(shí)，如果一個(gè)指針對(duì)對(duì)象進(jìn)行了析構(gòu)，就會(huì)使其他指針變成“野指針”，這就很危險(xiǎn)！（該點(diǎn)根據(jù)自己理解，不當(dāng)之處請(qǐng)指正！）

看這兩個(gè)函數(shù)：

void func(int &a) //函數(shù)一

{

a=5;

}

void func(int *const a) //函數(shù)二

{

*a=5

}

當(dāng)執(zhí)行函數(shù)一的時(shí)候，是C++編譯器在背后在背后通過函數(shù)二的方式進(jìn)行了編譯。在編譯時(shí)C++看到a是一個(gè)引用，就會(huì)翻譯成函數(shù)二的形式。再看下面的程序：

#include <iostream>

using namespace std;

int modifyA(int &a1)

{

a1=100;

}

int modifyA2(int *a1)

{

*a1=200;//【*實(shí)參的地址】間接修改實(shí)參的值

}

int main()

{

int a=10;

//指向這個(gè)函數(shù)調(diào)用的時(shí)候，我們程序員不需要取a得地址

modifyA(a);

cout<<"a="<<a<<endl;

//如果是指針，需要我們程序員手工的取實(shí)參的地址

modifyA2(&a);

cout<<"a="<<a<<endl;

system("pause");

return 0;

}

當(dāng)我們執(zhí)行函數(shù)modifyA的時(shí)候，是C++編譯器自動(dòng)的取了a的地址傳遞給了a1。執(zhí)行modifyA函數(shù)調(diào)用的時(shí)候，我們就不需要再取a的地址了，C++編譯器幫我們取了。如果是執(zhí)行modifyA2函數(shù)，使用指針，就需要傳遞a的地址。

第四，引用小結(jié)

先來看間接賦值成立的三個(gè)條件：

1、定義兩個(gè)變量（一個(gè)實(shí)參一個(gè)形參）

2、建立關(guān)聯(lián)，實(shí)參取地址傳給形參

3、*p形參去間接修改實(shí)參的值

小結(jié)：

1、引用在實(shí)現(xiàn)上，只不過是把間接賦值成立的三個(gè)條件的后兩步合二為一。當(dāng)實(shí)參傳給形參引用的時(shí)候，只不過是C++編譯器幫我們程序員自動(dòng)取了一個(gè)實(shí)參地址，傳給了形參引用（常量指針）。

2、當(dāng)我們使用引用語法時(shí)，我們不去關(guān)心編譯器引用是怎么做的。當(dāng)我們分析奇怪的語法現(xiàn)象時(shí)，我們才去考慮C++編譯器是怎么做的。

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