C++引用具體解釋

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引用是C++中新出現的。有別於C語言的文法元素之中的一個。

關於引用的說明，網路上也有不少。可是總感覺雲遮霧繞，讓人印象不深刻。

今天我就來深入解釋一下引用。並就一些常見的觀點進行說明，最後附帶代碼示範範例予以說明（注意。開發環境是vs2013）。

前面先擺出我的觀點：

1 引用的出現純粹是為了最佳化指標的使用，而提出的文法層面的處理。

2 引用實現原理上全然等價於指標。

3 引用對於傳遞對象參數有很大的最佳化和優點。

4 引用有其局限性，與指標相比，有時候可能與物件導向的設計有衝突。

以下給出我的範例。通過這個範例，我再來慢慢解釋上面的觀點：

void intreference(int& i){printf("[%s]i=%d\n", __FUNCTION__, i);i++;}void objectreference(std::string& str){printf("[%s]str=%s\n", __FUNCTION__, str.c_str());str += 'i';}class mystr :public std::string{public:mystr() :std::string(){}~mystr(){}};void testvirtual(mystr&str){printf("[%s]str=%s\n", __FUNCTION__, str.c_str());}class mytest{public:mytest(){}~mytest(){}virtual void test(){printf("father\n");}};class mysubtest:public mytest{public:mysubtest(){}~mysubtest(){}virtual void test(){printf("hello!\n");}};void testpurevirtual(mytest& test){test.test();}void main(){char* p;int i = 0;refint refintfunc = (refint)intreference;printf("i=%d\n", i);intreference(i);printf("i=%d\n", i);refintfunc(&i);printf("i=%d\n", i);refobj refobjfunc = (refobj)objectreference;std::string obj = "s";printf("str=%s\n", obj.c_str());objectreference(obj);printf("str=%s\n", obj.c_str());refobjfunc(&obj);printf("str=%s\n", obj.c_str());//int& j = i;printf("i %08x,j %08x\n", &i, &i);std::string* pstr = new mystr();//testvirtual(*pstr);//error C2664: “void testvirtual(mystr &)”: 無法將參數 1 從“std::string”轉換為“mystr &”mysubtest t;testpurevirtual(t);getchar();}

範例裡面我給出了兩個引用測試函數和一個變數引用

範例說明了什麼：

1 引用實現原理上全然等價於指標

請注意。函數intreference與函數objectreference是一個引用參數的函數

而函數指標refintfunc與函數指標refobjfunc是一個指標參數的函數指標

對於後者的調用。編譯器會毫不遲疑的將i的地址傳遞給函數

假設引用參數實現原理與指標不全然等價，那麼必定會導致函數調用出現故障

但結果卻非常有趣，我發現兩種方式，效果全然同樣，沒有不論什麼差異。

以下是執行時的反組譯碼：

watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQv/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/gravity/Center" >

從反組譯碼能夠清晰的看到，對於直接進行引用參數函數調用。和使用指標參數調用。兩者的彙編代碼全然沒有什麼差別

引用在實現的時候，傳遞的就是一個指標給函數！！

不不過對於單一資料型別如此，對於複雜資料類型這也是相同的：

能夠看到，兩者都是將obj的地址作為參數，放入到了eax，然後再推送到棧中去了

也就是說，在實現層面上面，兩者是等同的

那麼對於局部，非參數傳遞的引用呢？

以下是局部引用j和其引用對象i賦值時的反組譯碼：

注意第一條紅線，j是有自己的棧空間地址的！並不是如同網路上所說的別名。不佔用空間，等價等等。不是這種！

它仍然要佔空間，佔一個指標大小的空間。假設i和j是char和char引用，那麼j佔用的空間甚至比i還大！

在賦值的時候。系統將i的地址給eax。然後再通過eax寄存器將地址傳入j，注意dword ptr，這表示指標j！

這和我前面提到的觀點：引用實現原理上全然等價於指標 是全然一致的。

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2 既然它在實現層面上全然等價於指標。那為什麼還會有引用？

這就要回到我前面提出的第一個觀點：引用的出現純粹是為了最佳化指標的使用，而提出的文法層面的處理

假設這裡使用指標。就會很麻煩！

首先，假設函數的參數是指標。開發人員就必需要要驗證指標！這個差點兒是無法避免的情況！

否則指標一旦為空白，整個程式必定崩潰。

可是引用就避免了這個麻煩——通過文法層面上的幹預——使得使用者無法顯式的傳遞null 指標到函數中去

假設有null 指標或者野指標，崩潰僅僅會發生在函數外部，而非內部。

其次。輸入.比輸入->更加讓開發人員開心一些，不論是長度還是安全性上，指標式的成員函數調用，總讓人心驚膽顫

因此，引用全然是一種文法層面的處理。就是C++中的私人成員變數一樣，僅僅是從文法上阻止使用者去顯式訪問——實際上能夠利用指標，強制從記憶體中讀寫該變數。

當然引用不只不過這樣，之所以物件導向要增加引用，另外一個作用還在於：

假設參數純粹是一個對象，那麼意味著程式須要頻繁的在棧上面構造和析構對象。

而引用成功的攻克了這個問題。能夠讓開發人員決定要不要在棧上面構造對象並自己主動析構它。

這樣導致效率極大的提升了——非常多複雜的對象。其建構函式和複製建構函式可能異常複雜和耗時。

同一時候，另外一些對象可能並不希望調用者使用它們的建構函式。比方單例對象！

而引用非常好的攻克了這個矛盾。

3引用有沒有限制？答案是有！

限制在哪裡？我們知道。物件導向設計中有介面這個概念，而C++與之關聯的是虛函數。

我們常常會持有一個父類的指標，而在當中填入各種子類的對象，然後通過虛函數去調用相應的子類介面實現。

可是這裡使用引用卻有限制。僅僅能在聲明為父類引用的時候。使用子類，而無法在聲明為子類引用的時候使用父類。

指標卻能夠不受此限制，進行自由的轉化（當然這是有風險的！

）

以下給出了一個示範範例：

對於mystr和函數testvirtual，假設傳入一個父類對象（實際上還是一個子類，僅僅是是一個父類指標），在文法上這是被禁止！

對於mytest和mysubtest以及函數testpurevirtual，這樣又是能夠的。

這種限制要求開發人員在設計的時候就必須很仔細，事先想好介面的統一性。否則後面代碼就有的改了

當然，這樣也有優點，能夠避免一些問題。比方null 指標或者對象不匹配異常（將一個非mytest或者其子類的對象指標強制轉化過來。此時調用必定崩潰。）

<pre code_snippet_id="1639674" snippet_file_name="blog_20160408_34_61346" name="code" class="cpp">class mystr :public std::string{public:mystr() :std::string(){}~mystr(){}};void testvirtual(mystr&str){printf("[%s]str=%s\n", __FUNCTION__, str.c_str());}class mytest{public:mytest(){}~mytest(){}virtual void test(){printf("father\n");}};class mysubtest:public mytest{public:mysubtest(){}~mysubtest(){}virtual void test(){printf("hello!\n");}};void testpurevirtual(mytest& test){test.test();}void main(){int i = 0;refint refintfunc = (refint)intreference;printf("i=%d\n", i);intreference(i);printf("i=%d\n", i);refintfunc(&i);printf("i=%d\n", i);refobj refobjfunc = (refobj)objectreference;std::string obj = "s";printf("str=%s\n", obj.c_str());objectreference(obj);printf("str=%s\n", obj.c_str());refobjfunc(&obj);printf("str=%s\n", obj.c_str());int& j = i;printf("i %08x,j %08x\n", &i, &j);std::string* pstr = new mystr();//testvirtual(*pstr);//error C2664: “void testvirtual(mystr &)”: 無法將參數 1 從“std::string”轉換為“mystr &”mysubtest t;testpurevirtual(t);getchar();}

最後給出執行結果的：

能夠看到。結果充分說明了引用事實上就是指標

這裡補充說明一下i和j的問題：

當我聲明了j的時候，能夠看到函數棧的大小

而沒有聲明j的時候。函數棧明顯變小了

小了12位元組，非常奇怪，好像和指標的大小不一致啊

沒有關係，我再聲明一個指標，我們再看看

看到沒有？棧又恢複到了14c了。而我僅僅是聲明了一個char*p，而且沒有做不論什麼調用。

這說明j是佔領空間的，大小正好是一個指標！！

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