C++详细分析引用的使用及其底层原理

目录
  • 引用
  • 引用的注意事项
    • 引用做参数
    • 实参传值和传引用的优劣
  • 引用做函数返回值
  • 传引用返回
  • 引用的权限
  • 引用经典笔试题
  • 产生临时变量的情况
  • 关于右值
  • 引用的底层原理

引用

引用不是定义一个新变量，而是给已存在的变量取了一个外号，编译器不会为引用变量开辟内存空间，它和它引用的变量共用同一块内存空间。

举个形象的例子，鲁智深又被叫做"花和尚"，这里的花和尚和鲁智深都是同一个人，花和尚就是鲁智深的引用，说白了引用其实就是取外号。

引用的注意事项

  • 1.引用必须初始化
int main()
{
int a；
int &b =a;
}

这时b就是a的外号。
下面的这种没有初始化的做法是错误的

int main()
{
int &b；//引用必须初始化，这里没有进行初始化。
}
  • 2.一个变量可以有多个引用

在生活中，我们可能有多个名字，在家中父母可能叫你小名，在外面别人可能叫你的全名或者外号

其实也就是一个变量可以有多个外号，也就是可以有多个引用。

int main()
{
int a;
int &b=a;
int &c=a;
}

这里的b和c都是a的外号，b，c，a三个变量指向的都是同一块内存空间。

  • 3.引用一旦引用了一个实体就不能再引用其他的实体

形象的来说，就是你和你的亲弟弟不能用同一个名字

下图c是a的引用，那么现在他就不能做b的引用了。

引用做参数

在讲引用做参数之前，我们先需要了解一下，参数传值和参数传引用的区别。

1.参数传值

下图实参传递了a，形参b对其进行了接收并修改，但是实参a最终并没有受到影响，这又是为什么呢？

原来，参数传值的时候，形参会生成一份实参数据的拷贝，也就是说实参和形参指向的不是同一块空间，所以形参的修改不会影响实参。

2.引用传参

下图进行了引用传参，形参的修改对实参产生了影响，我们可以大胆推测形参和实参是一块空间。

原来，引用传参的时候，形参不再是实参的拷贝，而是实参的一个引用，也就是说实参和形参指向的是同一块内存空间，形参的改变会影响实参。

实参传值和传引用的优劣

1.实参传值：

缺点：形参会生成一份实参数据的拷贝，当数据量很大时，在一定程度上就会影响程序的运行速度

优点：因为形参是实参的拷贝，所以形参的操作不会影响实参，可以防止实参数据遭到污染。

2.实参传引用

缺点：形参的操作对实参会产生影响，形参的错误操作会让实参数据遭到修改。

优点：因为形参是实参的引用，一定程序上，可以提高程序的运行速度

引用做函数返回值

在了解引用做返回值时，我们还是得先了解传值返回和传引用返回的区别。其实原理和上面大致相同。

1.传值返回

在返回c的时候，返回的不是c的本体，而是将c拷贝在一块临时空间里，所以返回的其实是这块临时空间。然后ret再次拷贝一个和这块临时空间一样数据的空间。

这块有点像俄罗斯套娃，需要多画图理解。我一开始也有点懵逼。多画图就清晰了。

但是问题又来了，这块临时拷贝空间又存储在哪里呢？

当c比较小的时候（4字节或者8字节），一般是存储在寄存器中。

当c比较大的时候，临时变量放在该函数的栈帧上面。

接下来我们通过观察代码的反汇编进行证明：

分析这段代码的汇编，在进入add函数以后，先是将a的值给了eax，然后将b的值加上a，接着将eax里的值给了c。最后对c进行返回，在返回c的时候生成一个临时拷贝，c将自己的值又给到了寄存器eax中。

最后回到主函数，eax将值给了ret。

传引用返回

这里进行的是传引用返回，也就是说ret其实就是c的别名。传引用返回，返回的就是本体，而不是拷贝。因为这里c是一个局部变量，在函数结束以后，栈帧被销毁，局部变量的空间被系统回收了。这时ret再去访问c的内容就可能造成非法访问，并且c的值可能已经被修改了。

形象的来说：就是你原先买了一个房子，后面你又将其卖给了别人，后面你想再次进入这个房子，但是这间房子已经不属于你了，你进房子的操作就属于非法访问了。

所以，传引用返回时，返回的对象不能是出函数就被系统回收的。也就是说返回的变量不能是一个局部变量。

引用的权限

1.引用的权限可以缩小

int main() {
int a = 10;
const int &b = a;//权限的缩小
}

这里变量a是可读可写的，而b是a的引用，b只能对a这块内存空间进行读取，不能进行修改，这就是权限的缩小，这在C++中是可以的。

2.引用的权限不能放大

int main() {
const int a = 10;
int &b = a;//权限的缩小
}

这里变量a指向的空间是只能读取的，不能进行修改，而a的引用b，是可以对a指向的这块空间进行修改的，使得权限得到了放大，这种语法在C++中是错误的。

总结：引用可以进行权限的缩小，但是不能进行权限的放大

引用经典笔试题

下图中的代码(1)和(2)是否能够正常运行？

double d=11.1;
int a=d;(1)
int &ret=d;(2)

答案:(1)可以运行通过，(2)不行。

代码(1)是普通的隐式类型转换。

而在了解代码(2)的错误原因之前，我们需要回顾一些知识：

产生临时变量的情况

1.类型转换

double d=11.1；

int a=d;

d的类型是double，a的类型是int，类型不同，正如下图所示，在发生隐式类型转换的时候，需要将d的值存到一个int类型的临时变量里，然后将这个临时变量的值赋予给a。

2.整形提升

int a=10

char c=‘b’；

if(a>c){

}

这里并不是拿c直接和a进行比较，而是将c赋值到一个int的临时变量里，通过这个临时变量去和a进行比较。

关于右值

结论：右值是具有常性的，是不可修改的。

这里的右值不能通过字面意思(处于式子右边的值)进行理解，以下的几种情况一般都是属于右值。

1.表达式的计算结果： 如：5+3=8,这里的8就是右值。

2.常量：如a=5，这里的5就是右值。

3.一些隐式类型转换产生的临时变量。如

int a；

double d；

d=a；

这里隐式类型转换产生的临时变量也是一种右值。

在明白了这些基础原理以后，我们开始学习为什么代码int &ret=d;(2)是错误的。

这里引用的变量其实是一块临时空间，而临时空间是右值是不能修改的，这种引用的方式本质上其实就是权限的放大，因此编译不能通过。

引用的底层原理

int main() {
int a;
int &b = a;
int *p = &a;
}

这里通过调试模式观看这段代码的反汇编。

这里的lea是取地址的意思。 从汇编代码可以看出，在底成实现的时候，引用和指针的实现方式是一样的，所以说： 引用的底层是通过指针实现的

到此这篇关于C++详细分析引用的使用及其底层原理的文章就介绍到这了,更多相关C++引用的使用内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！

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