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1 C++中的引用

1.1 引用的基本概念

在C++中新增加了引用的概念：

• 引用可以看作是一个已定义变量的别名；
• 引用的语法：Type& name = var；

int a = 4;int& b = a; // b是a的别名b = 5;  // 操作b就是操作a

注意：普通引用在定义时必须用同类型的变量进行初始化。

1.2 引用的意义

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替代指针。
• 引用相对于指针来说具有更好的可读性和实用性。

1.3 const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（仅仅是不能通过该引用改变变量的值）。

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。实际上是生成了一个只读变量！

#include 
   
    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;}/*Example:a = 5b = 5Demo:c = 5*/
   

另外思考一个问题，如果const引用指向了函数返回的对象会发生什么？

#include 
   
    #include 
    
     using namespace std;class Test1{
   public: 	Test1()	{
   		cout << "Test1() " << this << endl;	}	~Test1()	{
   		cout << "~Test1() " << this << endl;	}};Test1 test(){
   	Test1 t;	return t;}int main(){
   	const Test1& t = test();	cout << "hello" << endl;	return 0;}
    
   

运行结果如下：

#include 
   
    #include 
    
     using namespace std;class Test1{
   public: 	Test1()	{
   		cout << "Test1() " << this << endl;	}	~Test1()	{
   		cout << "~Test1() " << this << endl;	}};Test1 test(){
   	Test1 t;	return t;}int main(){
   	test();	cout << "hello" << endl;	return 0;}
    
   

结果如下：

2 引用的本质

2.1 引用占用的空间

思考：引用有自己的存储空间么？

#include 
   
    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));    //4    printf("sizeof(ref.r) = %d\n", sizeof(ref.r));  //1    return 0;}
   

2.2 引用的本质

引用在C++中的内部实现是一个常量指针。

注意：

1. C++编译器在编译过程中使用常量指针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。

#include 
   
    struct TRef{
       char* before;    char& ref;    char* after;};int main(int argc, char* argv[]){
       char a = 'a';    char& b = a;/*    char& b = a; 对应的汇编语言如下（举例）：    lea eax, [a]    mov dword ptr [b], eax*/    char c = 'c';    TRef r = {
   &a, b, &c};    printf("sizeof(r) = %d\n", sizeof(r));//12    printf("sizeof(r.before) = %d\n", sizeof(r.before));//4    printf("sizeof(r.after) = %d\n", sizeof(r.after));//4    printf("&r.before = %p\n", &r.before);//0xbf8a300c    printf("&r.after = %p\n", &r.after);//0xbf8a3014    return 0;}
   

引用的意义：C++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。

3 引用和指针的关系

引用与指针有什么关系？如何理解“引用的本质就是指针常量”？

指针是一个变量：

• 值为一个内存地址，不需要初始化，可以保存不同的地址；
• 通过指针可以访问对应内存地址中的值；
• 指针可以被const修饰成为常量或者只读变量。

引用只是一个变量的新名字：

• 对引用的操作（赋值、取地址等）都会传递到代表的变量上；
• cosnt引用使其代表的变量具有只读属性；
• 引用必须在定义时初始化，之后无法代表其它变量。

从使用C++语言的角度来看：

• 引用与指针没有任何关系；
• 引用是变量的新名字，操作引用就是操作对应的变量。

从C++编译器的角度来看：

• 为了支持新概念“引用”必须要有一个有效的解决方案；
• 在编译器内部，使用常量指针来实现“引用”；
• 因此“引用”在定义时必须初始化。

在工程项目中：

• 当进行C++编程时，直接站在使用者的角度看待引用，与指针毫无关系，引用就是变量的别名；
• 当对C++代码进行调试分析时，一些特殊情况，可以考虑站在C++编译器的角度看待引用。

下面的代码正确吗？

int a = 1;int b = 2;int *pc = new int(3);int& array[] = {
   a, b, *pc};// 注：C++中不支持引用数组。

编程实验：引用典型问题分析

#include 
   
    int a = 1;struct SV{
       int& x;    int& y;    int& z;};int main(){
       int b = 2;    int* pc = new int(3);    SV sv = {
   a, b, *pc};    int& array[] = {
   a, b, *pc}; // &array[1] - &array[0] = ?  Expected ==> 4 error!!!    printf("&sv.x = %p\n", &sv.x);    printf("&sv.y = %p\n", &sv.y);    printf("&sv.z = %p\n", &sv.z);    delete pc;    return 0;}
   

参考资料：

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