C++引用的意义与引用的本质

互联网 18-8-6

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

// 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，初始化是在调用的时候完成的

2、特殊的引用

const引用

在C++中可以声明const引用，具体用法如下：

const Type& name = var;

const引用让变量拥有只读属性，这个只读属性是针对当前的这个别名，变量是可以通过其它方式进行修改

int a = 4;              // a是一个变量 const int  & b = a;     // b是a的一个引用，但是b具有只读属性 int * p = (int *)&b;    // p = &a b = 5;     // err, 引用b 被const修饰，b是一个只读变量 a = 6;     // ok printf("a = %d\n", a); *p = 5;    // ok printf("a = %d\n", a);

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

#include <stdio.h> void Example() {     printf("Example:\n");       int a = 4;     const int& b = a;     int* p = (int*)&b;       //b = 5;    // b       *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; }

结论：
使用常量对const引用初始化后将产生一个只读变量

问题：引用有自己的存储空间吗？

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

验证程序：

#include <stdio.h>  struct TRef {     char& r;        // 字符类型引用 };  int main(int argc, char *argv[]) {      char c = 'c';     char & rc = c;     TRef ref = { c }; // 用C进行初始化, TRef.r 就是 c的别名了          printf("sizeof(char&) = %d\n", sizeof(char&));     // char引用的大小，引用即变量本身，求所对应的变量本身的大小，即sizeof(char) = 1     printf("sizeof(rc) = %d\n", sizeof(rc));        // rc是一个引用，即sizeof(c) = 1          printf("sizeof(TRef) = %d\n", sizeof(TRef));    // sizeof(TRef) = 4     printf("sizeof(ref.r) = %d\n", sizeof(ref.r));  // TRef.r是 c的别名，sizeof(c) = 1      // sizeof(TRef) = 4     // 指针变量本身也是占4个字节     // 引用和指针的关系          return 0; }

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于指针相同
2、从使用的角度，引用只是一个别名，C++为了使用性而隐藏了引用的存储空间这一细节。

#include <stdio.h>  struct TRef {     char* before;     // 4字节     char& ref;        // 4字节     char* after;    // 4字节 };  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));    // sizeof(r) = 12     printf("sizeof(r.before) = %d\n", sizeof(r.before)); // sizeof(r.before) = 4     printf("sizeof(r.after) = %d\n", sizeof(r.after));   // sizeof(r.after) = 4     printf("&r.before = %p\n", &r.before);    // &r.before = 0xbuf8a300c     printf("&r.after = %p\n", &r.after);    // &r.after  = 0xbuf8a3014      /*      0xbuf8a3014 - 0xbuf8a300c = 8      before占了4个字节，所以ref也是占4个字节     */     return 0; }

引用的意义：
C++中的引用旨在大多数的情况下替代指针
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带来的内存错误
操作性：简单易用，又不失功能强大

但是

引用可以在大多数情况下避免内存的错误，函数返回局部变量的引用，就没法避免了

#include <stdio.h>  int& demo() {     int d = 0;          printf("demo: d = %d\n", d);          return d;    // 实际上是返回了局部变量的地址，局部变量函数结束就销毁了，返回错误 }  int& func() {     static int s = 0;          printf("func: s = %d\n", s);          return s;    // 返回静态局部变量的地址，静态局部变量存储在全局区，函数结束生命周期还在，返回成功 }  int main(int argc, char* argv[]) {     int& rd = demo();    // rd 成为demo里面返回的局部变量d的别名，出现警告，但是通过编译     int& rs = func();    // rs 成为静态局部变量 s 的别名          printf("\n");     printf("main: rd = %d\n", rd);    // rd = 13209588,rd代表的是一个不存在的变量，现在是一个野指针     printf("main: rs = %d\n", rs);    // rs = 0     printf("\n");          rd = 10;     rs = 11;        // 通过rs改变了静态局部变量s的值          demo();            // d = 10     func();            // s = 11          printf("\n");     printf("main: rd = %d\n", rd);    // rd = 13209588     printf("main: rs = %d\n", rs);    // rs = 11     printf("\n");          return 0; }

4、小结