C++学习笔记(四)：引用的本质分析

0x01 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
• 引用对于指针来说具有更好的可读性和实用性

0x02 特殊的引用

1. const引用

在c++中可以声明const引用，用法如下：

const Type& nmae = var;

const引用让变量拥有只读属性，而不再拥有c++中的const进化属性。

代码示例：

#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
	int a = 4;
	const int& b = a;

	int* p = (int*)&b;

	*p = 5;

	printf("a = %d, b = %d\n",a, b);
	return 0;
}

运行结果：

a = 5, b = 5
请按任意键继续. . .

当使用const修饰引用时，c++不再从符号表中取值，此时const引用变为了一个只读变量。

2. 常量初始化的const引用

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。所以简单来说，使用一个常量来初始化const引用，将生成一个只读变量。

示例代码：

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[])
{

    Demo();

    return 0;
}

运行结果：

Demo:
c = 5
请按任意键继续. . .

0x03 引用的本质

引用在c++内部的实现是一个指针常量

Type& name ; <==> Type* const name

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与指针相同。

从使用的角度，引用只是一个别名。

示例代码：

#include <stdio.h>

struct TRef
{
    char* before;
    char& ref;
    char* after;
};

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));
    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：

sizeof(r) = 12
sizeof(r.before) = 4
sizeof(r.after) = 4
&r.before = 00DAF938
&r.after = 00DAF940
请按任意键继续. . .

函数返回引用示例代码：

#include <stdio.h>

int& demo()
{
    int d = 0;
    
    printf("demo: d = %d\n", d);
    
    return d;
}

int& func()
{
    static int s = 0;
    
    printf("func: s = %d\n", s);
    
    return s;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    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：

demo: d = 0
func: s = 0

main: rd = -2
main: rs = 0

demo: d = 0
func: s = 11

main: rd = -2
main: rs = 11

请按任意键继续. . .

rd所代表的变量在函数返回时已经被销毁了，此时的rd是无意义的野指针。因此-2其实是一个随机值。