C++引用怎么使用及底層原理是什么

本篇內容介紹了“C++引用怎么使用及底層原理是什么”的有關知識，在實際案例的操作過程中，不少人都會遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領大家學習一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細閱讀，能夠學有所成！

引用

引用不是定義一個新變量，而是給已存在的變量取了一個外號，編譯器不會為引用變量開辟內存空間，它和它引用的變量共用同一塊內存空間。

舉個形象的例子，魯智深又被叫做"花和尚"，這里的花和尚和魯智深都是同一個人，花和尚就是魯智深的引用，說白了引用其實就是取外號。

引用的注意事項

• 1.引用必須初始化

int main()
{
int a；
int &b =a;
}

這時b就是a的外號。
下面的這種沒有初始化的做法是錯誤的

int main()
{
int &b；//引用必須初始化，這里沒有進行初始化。
}

• 2.一個變量可以有多個引用

在生活中，我們可能有多個名字，在家中父母可能叫你小名，在外面別人可能叫你的全名或者外號

其實也就是一個變量可以有多個外號，也就是可以有多個引用。

int main()
{
int a;
int &b=a;
int &c=a;
}

這里的b和c都是a的外號，b，c，a三個變量指向的都是同一塊內存空間。

• 3.引用一旦引用了一個實體就不能再引用其他的實體

形象的來說，就是你和你的親弟弟不能用同一個名字

下圖c是a的引用，那么現在他就不能做b的引用了。

引用做參數

在講引用做參數之前，我們先需要了解一下，參數傳值和參數傳引用的區別。

1.參數傳值

下圖實參傳遞了a，形參b對其進行了接收并修改，但是實參a最終并沒有受到影響，這又是為什么呢？

原來，參數傳值的時候，形參會生成一份實參數據的拷貝，也就是說實參和形參指向的不是同一塊空間，所以形參的修改不會影響實參。

2.引用傳參

下圖進行了引用傳參，形參的修改對實參產生了影響，我們可以大膽推測形參和實參是一塊空間。

原來，引用傳參的時候，形參不再是實參的拷貝，而是實參的一個引用，也就是說實參和形參指向的是同一塊內存空間，形參的改變會影響實參。

實參傳值和傳引用的優劣

1.實參傳值：

缺點：形參會生成一份實參數據的拷貝，當數據量很大時，在一定程度上就會影響程序的運行速度

優點：因為形參是實參的拷貝，所以形參的操作不會影響實參，可以防止實參數據遭到污染。

2.實參傳引用

缺點：形參的操作對實參會產生影響，形參的錯誤操作會讓實參數據遭到修改。

優點：因為形參是實參的引用，一定程序上，可以提高程序的運行速度

引用做函數返回值

在了解引用做返回值時，我們還是得先了解傳值返回和傳引用返回的區別。其實原理和上面大致相同。

1.傳值返回

在返回c的時候，返回的不是c的本體，而是將c拷貝在一塊臨時空間里，所以返回的其實是這塊臨時空間。然后ret再次拷貝一個和這塊臨時空間一樣數據的空間。

這塊有點像俄羅斯套娃，需要多畫圖理解。我一開始也有點懵逼。多畫圖就清晰了。

但是問題又來了，這塊臨時拷貝空間又存儲在哪里呢？

當c比較小的時候（4字節或者8字節），一般是存儲在寄存器中。

當c比較大的時候，臨時變量放在該函數的棧幀上面。

接下來我們通過觀察代碼的反匯編進行證明：

分析這段代碼的匯編，在進入add函數以后，先是將a的值給了eax，然后將b的值加上a，接著將eax里的值給了c。最后對c進行返回，在返回c的時候生成一個臨時拷貝，c將自己的值又給到了寄存器eax中。

最后回到主函數，eax將值給了ret。

傳引用返回

這里進行的是傳引用返回，也就是說ret其實就是c的別名。傳引用返回，返回的就是本體，而不是拷貝。因為這里c是一個局部變量，在函數結束以后，棧幀被銷毀，局部變量的空間被系統回收了。這時ret再去訪問c的內容就可能造成非法訪問，并且c的值可能已經被修改了。

形象的來說：就是你原先買了一個房子，后面你又將其賣給了別人，后面你想再次進入這個房子，但是這間房子已經不屬于你了，你進房子的操作就屬于非法訪問了。

所以，傳引用返回時，返回的對象不能是出函數就被系統回收的。也就是說返回的變量不能是一個局部變量。

引用的權限

1.引用的權限可以縮小

int main() {
int a = 10;
const int &b = a;//權限的縮小
}

這里變量a是可讀可寫的，而b是a的引用，b只能對a這塊內存空間進行讀取，不能進行修改，這就是權限的縮小，這在C++中是可以的。

2.引用的權限不能放大

int main() {
const int a = 10;
int &b = a;//權限的縮小
}

這里變量a指向的空間是只能讀取的，不能進行修改，而a的引用b，是可以對a指向的這塊空間進行修改的，使得權限得到了放大，這種語法在C++中是錯誤的。

總結：引用可以進行權限的縮小，但是不能進行權限的放大

引用經典筆試題

下圖中的代碼(1)和(2)是否能夠正常運行？

double d=11.1;
int a=d;(1)
int &ret=d;(2)

答案:(1)可以運行通過，(2)不行。

代碼(1)是普通的隱式類型轉換。

而在了解代碼(2)的錯誤原因之前，我們需要回顧一些知識：

產生臨時變量的情況

1.類型轉換

double d=11.1；

int a=d;

d的類型是double，a的類型是int，類型不同，正如下圖所示，在發生隱式類型轉換的時候，需要將d的值存到一個int類型的臨時變量里，然后將這個臨時變量的值賦予給a。

2.整形提升

int a=10

char c=‘b’；

if(a>c){

}

這里并不是拿c直接和a進行比較，而是將c賦值到一個int的臨時變量里，通過這個臨時變量去和a進行比較。

關于右值

結論：右值是具有常性的，是不可修改的。

這里的右值不能通過字面意思(處于式子右邊的值)進行理解，以下的幾種情況一般都是屬于右值。

1.表達式的計算結果： 如：5+3=8,這里的8就是右值。

2.常量：如a=5，這里的5就是右值。

3.一些隱式類型轉換產生的臨時變量。如

int a；

double d；

d=a；

這里隱式類型轉換產生的臨時變量也是一種右值。

在明白了這些基礎原理以后，我們開始學習為什么代碼int &ret=d;(2)是錯誤的。

這里引用的變量其實是一塊臨時空間，而臨時空間是右值是不能修改的，這種引用的方式本質上其實就是權限的放大，因此編譯不能通過。

引用的底層原理

int main() {
int a;
int &b = a;
int *p = &a;
}

這里通過調試模式觀看這段代碼的反匯編。

這里的lea是取地址的意思。 從匯編代碼可以看出，在底成實現的時候，引用和指針的實現方式是一樣的，所以說： 引用的底層是通過指針實現的

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