C++引用的意义与本质是什么
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1、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替代指针,引用相对于指针来说具有更好的可读性和实用性
// swap函数的实现对比 void swap(int& a, int& b) { int t = a; a = b; b = t; } void swap(int* a, int* b) { int t = *a; *a = *b; *b = t; }
注意:函数中的引用形参不需要进行初始化,初始化是在调用的时候完成的
2、特殊的引用
const引用
在C++中可以声明const
引用,具体用法如下:
const Type& name = var;
const
引用让变量拥有只读属性,这个只读属性是针对当前的这个别名,变量是可以通过其它方式进行修改
int a = 4; // a是一个变量 const int & b = a; // b是a的一个引用,但是b具有只读属性 int * p = (int *)&b; // p = &a b = 5; // err, 引用b 被const修饰,b是一个只读变量 a = 6; // ok printf("a = %d\n", a); *p = 5; // ok printf("a = %d\n", a);
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
#includevoid Example() { printf("Example:\n"); int a = 4; const int& b = a; int* p = (int*)&b; //b = 5; // b *p = 5; printf("a = %d\n", a); printf("b = %d\n", b); } void Demo() { printf("Demo:\n"); const int& c = 1; int* p = (int*)&c; //c = 5; *p = 5; printf("c = %d\n", c); } int main(int argc, char *argv[]) { Example(); printf("\n"); Demo(); return 0; }
结论:使用常量对
const
引用初始化后将产生一个只读变量
问题:引用有自己的存储空间吗?
struct TRef { char& r; } printf("sizeof(TRef) = %d\n, sizeof(TRef));
验证程序:
#includestruct TRef { char& r; // 字符类型引用 }; int main(int argc, char *argv[]) { char c = 'c'; char & rc = c; TRef ref = { c }; // 用C进行初始化, TRef.r 就是 c的别名了 printf("sizeof(char&) = %d\n", sizeof(char&)); // char引用的大小,引用即变量本身,求所对应的变量本身的大小,即sizeof(char) = 1 printf("sizeof(rc) = %d\n", sizeof(rc)); // rc是一个引用,即sizeof(c) = 1 printf("sizeof(TRef) = %d\n", sizeof(TRef)); // sizeof(TRef) = 4 printf("sizeof(ref.r) = %d\n", sizeof(ref.r)); // TRef.r是 c的别名,sizeof(c) = 1 // sizeof(TRef) = 4 // 指针变量本身也是占4个字节 // 引用和指针的关系 return 0; }
3、引用的本质
引用在C++中的内部实现是一个指针常量
注意:
1、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于指针相同
2、从使用的角度,引用只是一个别名,C++为了使用性而隐藏了引用的存储空间这一细节。
#includestruct TRef { char* before; // 4字节 char& ref; // 4字节 char* after; // 4字节 }; int main(int argc, char* argv[]) { char a = 'a'; char& b = a; char c = 'c'; TRef r = {&a, b, &c}; printf("sizeof(r) = %d\n", sizeof(r)); // sizeof(r) = 12 printf("sizeof(r.before) = %d\n", sizeof(r.before)); // sizeof(r.before) = 4 printf("sizeof(r.after) = %d\n", sizeof(r.after)); // sizeof(r.after) = 4 printf("&r.before = %p\n", &r.before); // &r.before = 0xbuf8a300c printf("&r.after = %p\n", &r.after); // &r.after = 0xbuf8a3014 /* 0xbuf8a3014 - 0xbuf8a300c = 8 before占了4个字节,所以ref也是占4个字节 */ return 0; }
引用的意义:
C++中的引用旨在大多数的情况下替代指针
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带来的内存错误
操作性:简单易用,又不失功能强大
但是
引用可以在大多数情况下避免内存的错误,函数返回局部变量的引用,就没法避免了
#includeint& demo() { int d = 0; printf("demo: d = %d\n", d); return d; // 实际上是返回了局部变量的地址,局部变量函数结束就销毁了,返回错误 } int& func() { static int s = 0; printf("func: s = %d\n", s); return s; // 返回静态局部变量的地址,静态局部变量存储在全局区,函数结束生命周期还在,返回成功 } int main(int argc, char* argv[]) { int& rd = demo(); // rd 成为demo里面返回的局部变量d的别名,出现警告,但是通过编译 int& rs = func(); // rs 成为静态局部变量 s 的别名 printf("\n"); printf("main: rd = %d\n", rd); // rd = 13209588,rd代表的是一个不存在的变量,现在是一个野指针 printf("main: rs = %d\n", rs); // rs = 0 printf("\n"); rd = 10; rs = 11; // 通过rs改变了静态局部变量s的值 demo(); // d = 10 func(); // s = 11 printf("\n"); printf("main: rd = %d\n", rd); // rd = 13209588 printf("main: rs = %d\n", rs); // rs = 11 printf("\n"); return 0; }
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