C++中引用的本质是什么?

开课吧小一2021-04-01 15:26

C++语言中,引用是非常重要的机制之一,并且这也为c中用指针实现的功能提供了另一种实现选择,在书写形式上也更加的简洁。那么引用的本质是什么呢?

1.引用的底层实现方式

引用被称为变量的别名,它不能脱离被引用对象独立存在,这是在高级语言层面的概念和理解,并未揭示引用的实现方式。常见错误说法是“引用“自身不是一个变量,甚至编译器可以不为引用分配空间。

实际上,引用本身是一个变量,只不过这个变量的定义和使用与普通变量有显著的不同。为了解引用变量底层实现机制,考查如下代码:

C++中引用的本质是什么?

在Visual Studio 2017环境的debug模式调试代码,反汇编查看源码对应的汇编代码的步骤是:调试->窗口->反汇编,即可得到如下原码对应的汇编代码:C++中引用的本质是什么?

考查以上代码,在汇编代码中,ri的数据类型为dword,也就是说,ri要在内存中占据4个字节的位置。所以,ri的确是一个变量,它存放的是被引用对象的地址。由于通常情况下,地址是由指针变量存放的,那么,指针变量和引用变量有什么区别呢?使用指针常量实现上面的代码功能。考查如下代码:C++中引用的本质是什么?

按照相同的方式,在VS2017中得到如下汇编代码:

C++中引用的本质是什么?

观察以上代码可以看出:

(1)只要将pi换成ri,所得汇编代码与第一段所对应的汇编代码完全一样。所以,引用变量在功能上等于一个指针常量,即一旦指向某一个单元就不能在指向别处。

(2)在底层,引用变量由指针按照指针常量的方式实现。

2.高级语言层面引用与指针常量的关系

(1)在内存中都是占用4个字节(32bits系统中)的存储空间,存放的都是被引用对象的地址,都必须在定义的同时进行初始化。

(2)指针常量本身(以p为例)允许寻址,即&p返回指针常量(常变量)本身的地址,被引用对象用*p表示;引用变量本身(以r为例)不允许寻址,&r返回的是被引用对象的地址,而不是变量r的地址(r的地址由编译器掌握,程序员无法直接对它进行存取),被引用对象直接用r表示。

(3)凡是使用了引用变量的代码,都可以转换成使用指针常量的对应形式的代码,只不过书写形式上要繁琐一些。反过来,由于对引用变量使用方式上的限制,使用指针常量能够实现的功能,却不一定能够用引用来实现。

3.非正常使引用变量指向别的对象

C++语言规定,引用变量在定义的时候就必须初始化,也即是将引用变量与被引用对象进行绑定。而这种引用关系一旦确定就不允许改变,直到引用变量结束其生命期。这种规定是在高级语言的层面上,由C++语言和编译器所做的检查来保障实施的。在特定的环境下,利用特殊的手段,还是可以在运行时动态地改变一个引用变量与被引用对象的对应关系,使引用变量指向一个别的对象。

如果对C/C++相关信息有兴趣的,可以在开课吧C/C++教程频道了解更多关于C/C++方面的信息。

有用1
分享
全部评论快来秀出你的观点
登录 后可发表观点…
发表
暂无评论,快来抢沙发!
算法刷题核心能力提升营