C++解析(4)：引用的本质-白红宇

C++解析(4)：引用的本质

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发布时间：2019-06-08

本文共 3321 字，大约阅读时间需要 11 分钟。

0.目录

1.

2.

3.

4.

5.

1.引用的意义

引用作为变量別名而存在,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

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

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。

结论：使用常量对const引用初始化后将生成一个只读变量！！！

(引用只能是另一个变量的别名，因此一个引用绝对不可能是一个常量值的别名，换句话说，不能定义一个引用，然后用一个常量对它进行初始化，这里的常量是字面常量。但是有一个例外，就是const引用。我们可以使用字面常量来对const引用进行初始化，编译器在这个时候会真正的产生一个只读变量。由于是只读变量，所以想要直接对它进行赋值肯定会编译出错，但是依旧可以通过指针来改变只读变量的值。)

引用的特殊意义：在C++中，想要一个使已经存在的变量拥有只读属性，变成一个只读变量，只需要定义一个const引用即可。

思考：引用有自己的存储空间吗？

运行下列程序：

#include 
    
     struct TRef{    char& r;};int main(){    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;}

输出结果如下：

[root@bogon Desktop]# g++ test.cpp[root@bogon Desktop]# ./a.out sizeof(char&) = 1sizeof(rc) = 1sizeof(TRef) = 8sizeof(ref.r) = 1

（引用所占用的内存空间的大小与指针相同！）

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：

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和指针相同。

从使用的角度，引用只是一个别名，C++为了是实用性而隐藏了引用的存储空间这一细节。

在C++编译器内部是用指针实现了引用的概念：

#include 
    
     struct TRef{    char* before;    char& ref;    char* after;};int main(){    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;}

运行结果为：

[root@bogon Desktop]# g++ test.cpp[root@bogon Desktop]# ./a.out sizeof(r) = 24sizeof(r.before) = 8sizeof(r.after) = 8&r.before = 0x7ffd9d27af40&r.after = 0x7ffd9d27af50

(在汇编层次，指针和引用的操作是一样的。)

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

4.函数返回引用

分析下面的代码：

#include 
    
     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& 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;}

运行结果为：

[root@bogon Desktop]# g++ test.cpptest.cpp: In function ‘int& demo()’:test.cpp:5: warning: reference to local variable ‘d’ returned[root@bogon Desktop]# ./a.out demo: d = 0func: s = 0main: rd = 53main: rs = 0demo: d = 0func: s = 11main: rd = 53main: rs = 11

demo()函数：

返回了一个局部变量的引用，其实返回了一个局部变量的地址。切记：在使用引用时，我们不用返回局部变量的引用。

func()函数：

依旧想要返回一个局部变量的引用，但是这个局部变量是静态的。因为静态的局部变量它的存储空间是一个全局的存储区，所以它所对应的空间不会由于函数调用的返回而被摧毁，因此这样的做法是没有问题的。

程序编译会有警告(warning):不要返回局部变量的引用。

main函数内部：

rd所代表的变量已经在demo函数返回的时候被摧毁了，这时候rd代表的已经是一个不存在的变量了，从指针的角度来看，这时候rd已经相当于一个野指针了。第31行rd想要对栈上已经被释放的4个字节赋值为10，不但没意义，而且很危险。

结论：

这个例子想告诉大家：引用能在最大的程度上去避开内存操作的错误，但是不能寄希望于有了引用就可以乱来，引用不能完全避免内存方面的错误，原因是引用的本质就是指针。只要它还是指针，必然多多少少还可能遇见指针方面的操作问题，以上就是其中一个最典型的问题。