C++引用的意义与引用的本质

PHP中文网 • 2025年3月5日 01:21:45 • 编程技术 • 阅读 2

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;}

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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;

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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 = &ab = 5;     // err, 引用b 被const修饰，b是一个只读变量a = 6;     // okprintf("a = %d", a);*p = 5;    // okprintf("a = %d", a);

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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

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#include void Example(){    printf("Example:");      int a = 4;    const int& b = a;    int* p = (int*)&b;      //b = 5;    // b      *p = 5;       printf("a = %d", a);    printf("b = %d", b);}void Demo(){    printf("Demo:");      const int& c = 1;    int* p = (int*)&c;       //c = 5;    *p = 5;    printf("c = %d", c);}int main(int argc, char *argv[]){    Example();     printf("");      Demo();        return 0;}

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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, sizeof(TRef));

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验证程序：

#include struct 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", 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", sizeof(rc));        // rc是一个引用，即sizeof(c) = 1        printf("sizeof(TRef) = %d", sizeof(TRef));    // sizeof(TRef) = 4    printf("sizeof(ref.r) = %d", 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;}

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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。

#include struct 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", sizeof(r));    // sizeof(r) = 12    printf("sizeof(r.before) = %d", sizeof(r.before)); // sizeof(r.before) = 4    printf("sizeof(r.after) = %d", sizeof(r.after));   // sizeof(r.after) = 4    printf("&r.before = %p", &r.before);    // &r.before = 0xbuf8a300c    printf("&r.after = %p", &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;}

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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

#include int& demo(){    int d = 0;        printf("demo: d = %d", 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", 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("");    printf("main: rd = %d", 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", rs);    // rs = 0    printf("");        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("");    printf("main: rd = %d", rd);    // rd = 13209588    printf("main: rs = %d", rs);    // rs = 11    printf("");        return 0;}

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4、小结