C++学习笔记4——引用的本质分析

引用的概念

在C++中新增加了引用的概念

引用可以看作一个已定义变量的别名

引用的语法： Type& name = var;

/*
测试代码
*/

#include <stdio.h>

int main()
{
int a = 2;

int& b = a;      // b 为 a 的别名

b = 5;           // 操作 b 就是操作 a

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

运行结果

a = 5
b = 5
&a = 0022FF38
&b = 0022FF38

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代替指针

功能性：可以满足多数需要使用指针的场合

安全性：可以避开由于指针操作不当而带来的内存错误

操作性：简单易用， 又不失功能强大

引用相对于指针来说具有更好的可读性和实用性

注意：

普通引用在定义时必须用同类型的变量进行初始化

函数中的引用形参不需要进行初始化

不能返回局部变量和数组的引用

/*
测试代码
swap函数的实现对比
*/

#include <stdio.h>

void swap1(int* a, int* b)
{
int t = *a;
*a = *b;
*b = t;
}

void swap2(int& a, int& b)
{
int t = a;
a = b;
b = t;
}

int main()
{
int a = 1;
int b = 2;

printf("a = %d, b = %d\n", a, b);      // a = 1, b = 2

swap1(&a, &b);

printf("a = %d, b = %d\n", a, b);      // 交换 a = 2, b = 1

swap2(a, b);

printf("a = %d, b = %d\n", a, b);      // 再交换 a = 1, b = 2

return 0;
}

特殊的引用

const引用

在C++中可以声明const引用

const Type& name = var;

const引用让变量拥有只读属性

/*
测试代码
*/

#include <stdio.h>

int main()
{
int a = 1;

const int& b = a;

int* p = (int*)&b;

// b = 2;    error

*p = 2;

printf("a= %d\n", a);           // a = 2

return 0;
}

运行结果

a = 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

使用常量对const引用初始化后将生成一个只读变量

/*
测试代码
*/

#include <stdio.h>

int main()
{
const int& a = 1;

int* p = (int*)&a;

// a = 2;    error

*p = 2;

printf("a= %d\n", a);

return 0;
}

运行结果

a = 2

引用的本质

引用在C++中的内部实现是一个指针常量

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

注意：

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， C++为了实用性而隐藏了引用的存储空间这一细节

/*
测试代码
*/

#include <stdio.h>

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

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

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

printf("sizeof(r) = %d\n", sizeof(r));       // 12

printf("sizeof(r.before) = %d\n", sizeof(r.before));       // 4
printf("sizeof(r.after) = %d\n", sizeof(r.after));         // 4

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 = 0022FF1C
&r.after = 0022FF24