C++引用的理解与实现原理

如何理解引用 1

在使用上，我们要把引用当成另一个对象的“别名”

即看到一个引用，我们可以直接把它脑补成原来的对象

这样会衍生出引用的一系列特性（与指针相比）：

1. 引用被创建时必须被初始化，也叫“绑定”（指针则可以在任何时候被初始化）
2. 不能有NULL 引用，引用必须与合法的存储单元关联（指针则可以是NULL）
3. 引用初始化后不能改变引用的对象（指针则可以随时改变所指的对象）

引用如何实现

实际上如果查看汇编代码的话，引用是通过指针实现的

	int a = 55;
	int &b = a;
	int * const c = &a;

这一段代码会被编译器翻译为：

	movl	$55, -28(%rbp) 	// *(-28(%rbp)) =55; 即 int a = 55
	leaq		-28(%rbp), %rax
	movq	%rax, -16(%rbp) 	// -16(%rbp) = -28(%rbp); 即 int &b = a;
	leaq		-28(%rbp), %rax
	movq	%rax, -24(%rbp) 	// -24(%rbp) = -28(%rbp); 即 int * const c = &a;

可以看到虽然b是a的引用，但在实现上并不是简单的替换，而是生成了b的空间存储a的地址，和指针c的实现是相同的。即引用在实现上相当于是一个指针常量 。[指针常量与常量指针]

如何理解引用 2

我们可以看到，引用只是一种概念上的抽象，那在C++中为什么同时存在引用和指针呢？什么情况下使用引用呢？

结论1：C++的引用主要是为了支持运算符重载；指针的存在主要是为了兼容C语言。[为什么 C++ 有指针了还要引用？]
结论2：用户自定义类型最好用引用传参，这样可以避免不必要的构造函数和析构函数调用；对于内置(C-like)类型，按值传参会比按引用传参更高效。[内置类型传值效率高的原因]

引用的一些特性

有了这两层对引用的理解，我们就可以解释引用的下面这些特性了：

1. 引用++ 是原来的对象执行自增（引用是对象的别名）
2. sizeof(引用) 的大小是被绑定的对象的大小（引用是对象的别名）
3. 一个类的成员变量带引用，此引用 必须显示在初始化列表初始化（引用在创建时必须初始化）
4. 一个类的成员变量带引用，此引用 给类的大小贡献一个地址的长度（引用在实现上是指针）