第5课

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

　　

注意： ① 一般在声明引用时，必须对其进行初始化    ② 函数中的引用形参不需要进行初始化！！！初始化发生在函数调用的时候。

2. 特殊的引用：const引用

　　（1）在 C++ 中可以声明 const 引用，形式如下：const  Type&  name = var;   ，const引用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++编译器会为常量值分配空间，并将引用名作为这段空间的别名

#include <stdio.h>

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

    int a = 4;    // i可以更改
    const int& b = a;    // b不可以更改
    int* p = (int*)&b; 

    //b = 5;

    *p = 5;

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

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

    const int& c = 1;    // 普通的引用int& c = 1; 编译器报错

    int* p = (int*)&c;

    //c = 5; 

    *p = 5;   

    printf("c = %d
", c);
}

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

    printf("
");

    Demo();

    return 0;
}

3. 对引用的思考

　　引用有自己的存储空间吗？

#include <stdio.h>

struct TRef
{
    char& r;
};

int main(int argc, char *argv[])
{ 
    char c = 'c';

    char& rc = c;

    TRef ref = { c };
    
    printf("sizeof(char&) = %d
", sizeof(char&));    // 1 char型变量的别名
    printf("sizeof(rc) = %d
", sizeof(rc));    // sizeof(c) => 1    变量c的别名

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

    return 0;
}

4. 引用的本质

　　（1）引用在C++ 中的内部实现是一个指针常量

　　

　　（2）C++ 编译器在编译过程中用指针常量作为引用的内部实现，将int& a 转换为int* const a，因此引用所占用的空间大小与指针相同。

　　（3）从使用的角度，引用只是一个别名，编译器使用引用时，会转为*a，C++ 为了实用性而隐藏了引用的存储空间这一细节。

#include <stdio.h>

struct TRef
{
    char* before; //4字节
    char& ref;//4字节，本质是常量指针，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;     
}

5. 引用的意义

　　C++ 中的引用旨在大多数的情况下代替指针。

　　（1）功能性：可以满足多数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

#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;     
}

6. 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

　　（4）引用的最终本质为指针

　　（5）引用可以尽可能的避开内存错误