理解C++中引用的底层实现

理解C++中引用的底层实现_C/C++_Mind_V的博客-CSDN博客 

https://blog.csdn.net/Mind_V/article/details/78619163

 

1、C++ Primer提到：引用并非对象，相反的，它只是为一个已经存在的对象所起的另外一个名字。

引用的定义必须伴随初始化，而且一旦定义了引用，就无法令其再绑定到另外的对象，之后每次使用这个引用都是访问它最初绑定的那个对象。

2、何为对象？
对于面向对象来说，对象就是类的实例，是抽象化的数据本身。
更广义的来说，一个int型变量可以是对象，一个指针也可以是对象，但一个引用却又不是对象。可以理解：在语言层面上，占用内存的变量都可以称之为对象。

3、引用占内存吗？
在语言层面上：不占内存！
不信看下面的简单程序：

#include <iostream>

int main() {
    int x = 0;
    int &r = x;
    int *p1 = &x;
    int *p2 = &r;
    std::cout << p1 << std::endl;
    std::cout << p2 << std::endl;
    return 0;
}

　　

输出：
0x7ffd685231dc
0x7ffd685231dc

　　

4、窥视底层呢？ 
再来看一段代码：

int function() {
    int x = 0;
    int* ptr = &x;
    int& r = x;
    r = 1;
    return r;
}

汇编代码：

  pushq %rbp
  movq %rsp, %rbp           //拷贝栈指针
  movl $0, -20(%rbp)        //int x = 0
  leaq -20(%rbp), %rax       
  movq %rax, -8(%rbp)       //int* ptr = &x
  leaq -20(%rbp), %rax
  movq %rax, -16(%rbp)      //int& r = x
  movq -16(%rbp), %rax
  movl $1, (%rax)           //r = 1
  movq -16(%rbp), %rax
  movl (%rax), %eax         
  popq %rbp
  ret                       //return r

　　

 

 

movl $0, -20(%rbp)

首先在栈的%rbp-20的地方分配了一个4字节的空间储存变量x=0；

leaq -20(%rbp), %rax

movq %rax, -8(%rbp)

把x的地址保存到%rbp-8的栈空间处，int* ptr = &x;

leaq -20(%rbp), %rax

movq %rax, -16(%rbp)

把x的地址保存到%rbp-16的栈空间处， int& r = x;

movq -16(%rbp), %rax

movl $1, (%rax)

将%rbp-16栈空间处的值改写成1， r = 1;

movq -16(%rbp), %rax

movl (%rax), %eax

popq %rbp

ret

将%rbp-16栈空间处的值返回， return r;

　　

思路很清晰了。创建指针和创建引用的汇编代码几乎完全一样，在栈上分配空间，保存变量x的地址，所有对引用变量r的操作实际都是通过这个地址在操作x。
和指针有区别吗？没有。
占用内存吗？从底层来看，确实占用了内存。

5、小结
本质上，引用和指针没有区别。只不过在语言层面上，C++设计者将通过指针来操作引用的实现细节隐藏了。不过，我们依然可以肯定：
（1）定义一个引用就是定义一个指针，这个指针保存引用对象的地址，且指针类型为const，不可以再指向其他对象；
（2）每次对引用变量的使用，实际都伴随着解引用，只是我们看不到符号*；
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