C++解析(4)：引用的本质
0.目录
1.引用的意义
2.特殊的引用
3.引用的本质
4.函数返回引用
5.小结
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 <stdio.h>
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&) = 1
sizeof(rc) = 1
sizeof(TRef) = 8
sizeof(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 <stdio.h>
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) = 24
sizeof(r.before) = 8
sizeof(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 <stdio.h>
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.cpp
test.cpp: In function ‘int& demo()’:
test.cpp:5: warning: reference to local variable ‘d’ returned
[root@bogon Desktop]# ./a.out
demo: d = 0
func: s = 0
main: rd = 53
main: rs = 0
demo: d = 0
func: s = 11
main: rd = 53
main: 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。
5.小结
- 引用作为变量别名而存在旨在代替指针
- const引用可以使得变量具有只读属性
- 引用在编译器内部使用指针常量实现
- 引用的最终本质为指针
- 引用可以尽可能的避开内存错误
