第5课 引用的本质分析

1.  引用的意义

（1）引用作为变量别名而存在，因此在一些场合可以代替指针

（2）引用相对于指针来说，具有更好的可读性和实用性

 

2. 特殊的引用——const引用

（1）const Type& name = var; //让变量拥有只读属性

（2）当使用常量对const引用进行初始化时，C++编译器会为这个常量值分配空间，并将引用名作为这段空间的别名。但这样用常量对const引用初始化将生成的是一个只读变量。

【实例分析】引用的特殊意义

#include <stdio.h>

void Example()
{
    printf("Example:
");

    int a = 4;
    const int& b = a;//变量a的别名，const让变量b具有只读属性
    int* p = (int*)&b; //&b就是变量a的地址

    //b = 5;//非法，因为用const修饰的引用，其代表的变量是只读的

    *p = 5; //合法，修改变量a的值

    printf("a = %d
", a); //5;
    printf("b = %d
", b); //5
}

void Demo()
{
    printf("Demo:
");

    //const引用
    const int& c = 1; //引用本应是变量的别名。一般，常量是不分配内存的。当编译器看
                      //该行时，会为常量1分配内存，并让b作为这段空间的别名。

    int* p = (int*)&c;

    //c = 5;//非法，因为const修饰，c是只读的

    *p = 5;//合法，通过指针访问内存

    printf("c = %d
", c); //5

    printf("
", c); //5

    //const修饰变量:注意与const引用的区别
    const int a = 1;   
    p = (int*)&a; //遇到&a才为常量分配内存

    //a = 5;//非法，因为const修饰，a是只读的

    *p = 5;//合法，通过指针访问内存

    printf("a = %d
", a); //1，编译器看到a直接从符号表读其值（1）
    printf("*p = %d
",*p); //5
}

int main()
{
    Example();
    
    printf("
");

    Demo();

    return 0;     
}

3. 引用的本质

（1）引用在C++中的内部实现是一个指针常量，因此引用所占用的空间大小与指针相同。

 

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

　　①在编译过程中，编译器看到int& a的声明就会转换为int* const a;

　　②看到使用引用时，会转为*a，如此隐藏了使用指针的事实。

【编程实验】引用的思考

#include <stdio.h>

struct TRef
{
    char& r;//引用的本质是指针常量，因此会分配4字节的空间，相当于char* const r;
};



int main()
{
    char c = 'c';
    char& rc = c;
    TRef ref = {c};

    printf("sizeof(char&) = %d
",sizeof(char&));//1，char型变量别名，大小为1
    printf("sizeof(rc) = %d
",sizeof(rc));      //1，变量c的别名，大小为1

    printf("sizeof(TRef) = %d
",sizeof(TRef));  //结构体内有个引用，本质为指针，占4字节
    printf("sizeof(ref.r)= %d
",sizeof(ref.r)); //1，char型变量的别名，大小为1


    return 0;     
}

【编程实验】引用的存储空间

#include <stdio.h>

struct TRef
{
    char* before; //4字节
    char& ref;//4字节，本质是指针常量，会分配4字节的空间，相当于char* const ref;
    char* after;//4字节
    
};



int main()
{
    char a = 'a';
    char& b = a;
    char c ='c';

    TRef r = {&a, b, &c};

    printf("sizeof(r) = %d
", sizeof(r));               //12
    printf("sizeof(r.before) = %d
", sizeof(r.before)); //4
    printf("sizeof(r.after)  = %d
", sizeof(r.after));  //4
    printf("&r.before = %p
", &r.before);
    printf("&r.after  = %p
", &r.after); //after和before相差8个字节，中间隔了个b引用所占用的空间

    return 0;     
}

4. 引用的意义

（1）功能性：引用在大多数情况下代替指针，可以满足需要使用指针的场合

（2）安全性：可以避开由于指针操作不当而带来的内存错误

（3）操作性：简单易用，又不失功能强大

【实例分析】函数返回引用

#include <stdio.h>

int& demo()
{
    int d = 0;

    printf("demo: d = %d
", d); //输出0

    return d;//返回局部变量的引用，危险
}

int& func()
{
    static int s = 0;
    printf("func: s = %d
", s);//输出0

    return s; //合法，返回的是静态局部变量（位于全局存储区中的）
}



int main()
{
    int& rd = demo();
    int& rs = func();

    printf("
");
    printf("main: rd = %d
", rd);//垃圾数值
    printf("main: rs = %d
", rs);//0，返回全局存储区中的s
    printf("
");

    return 0;     
}

5. 小结

（1）引用作为变量别名而存在，旨在代替指针

（2）const引用可以使得变量具有只读属性

（3）引用在编译器内部使用指针常量实现，其最终本质为指针

（4）引用可以尽可能的避开内存错误