[C++知识库]引用的本质分析

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

#include <stdio.h>
void swap(int& a, int& b)
{
    int t = a;
    a = b;
    b = t;
}

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

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

    return 0;
}

注意：函数参数中的引用形参不需要进行初始化

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

int a = 4;
const int& b = a;
int* p = (int*)&b;

b = 5;  //错误，只读变量
*p = 5;  //ok，修改变量a的值

一般情况下，引用是另一个变量的别名，绝对不会是一个常量值
(3)当使用常量对const引用用进行初始化时，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

const int& b = 1;//ok,只读变量
int* p = (int*)&b;//error，只读变量直接不能赋值，但可以通过指针改变它的值
b = 5;
*p = 5;//ok,修改变量a的值

结论：使用常量对const引用初始化后将生成一个只读变量

思考：
引用有自己的存储空间吗？
有，四个字节，引用在C++中的内部实现是一个指针常量

#include <stdio.h>

struct TRef
{
    char& r;
};

int main()
{
    char c = 'c';
    char& rc = c;
    TRef ref = {c};
    
    printf("sizeof(char&) = %d\n",sizeof(char&));  //char应用是变量本身，1
    printf("sizeof(rc) = %d\n",sizeof(rc));        //==>sizeof(c) = 1

    printf("sizeof(TRef) = %d\n",sizeof(TRef));    // 4
    printf("sizeof(ref.r) = %d\n",sizeof(ref.r));   //初始化后，sizeof(c)=>1

    return 0;
}

引用的本质：
引用在C++中的内部实现是一个指针常量
意义：引用旨在大多数的情况下代替指针

Type& name;        Type* const name;
void f(int& a)     void f(int* const a)
                {
                    *a = 5;
                }
{
    a = 5;
}

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与指针相同
(2)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。

编程实验–引用的存储空间

#include <stdio.h>

struct TRef
{
    char* before;
    char& r;
    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));
    printf("sizeof(r.before) = %d\n",sizeof(r.before));
    printf("sizeof(r.after) = %d\n",sizeof(r.after));

    printf("&r.before = %p\n", &r.before);
    printf("&r.after = %p\n",&r.after);

    return 0;
}

函数返回引用
规则：不能返回局部变量的引用，但可以返回静态局部变量的引用(声明周期整个程序运行期间)

#include <stdio.h>

int& demo()
{
    int d = 0;
    
    printf("demo: d = %d\n", d);
    
    return d;
}

int& func()
{
    static int s = 0;
    
    printf("func: s = %d\n", s);
    
    return s;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    int& rd = demo();
    int& rs = func();
    
    printf("\n");
    printf("main: rd = %d\n", rd);
    printf("main: rs = %d\n", rs);
    printf("\n");
    
    rd = 10;
    rs = 11;
    
    demo();
    func();
    
    printf("\n");
    printf("main: rd = %d\n", rd);
    printf("main: rs = %d\n", rs);
    printf("\n");
    
    return 0;
}

小结：
引用作为变量别名而存在旨在代替指针
const引用可以使得变量具有只读属性
引用在编译期内部使用指针常量实现
引用的最终本质为指针
引用可以尽可能的避开内存错误