C++引用的本质（详细解析）
今天的给大家带来的是引用的基础知识，大家仔细学习，需要的小伙伴抓紧收藏转发，谢谢大家。要资料的伙伴别忘了私信哦！
图1
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;
}
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;
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 = &a
b = 5; // err, 引用b 被const修饰，b是一个只读变量
a = 6; // ok
printf("a = %d\n", a);
*p = 5; // ok
printf("a = %d\n", a);
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
#include
void Example()
{
printf("Example:\n");
int a = 4;
const int& b = a;
int* p = (int*)&b;
//b = 5; // b
*p = 5;
printf("a = %d\n", a);
printf("b = %d\n", b);
}
void Demo()
{
printf("Demo:\n");
const int& c = 1;
int* p = (int*)&c;
//c = 5;
*p = 5;
printf("c = %d\n", c);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
Example();
printf("\n");
Demo();
return 0;
}
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\n, sizeof(TRef));
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\n", 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\n", sizeof(rc)); // rc是一个引用，即sizeof(c) = 1
printf("sizeof(TRef) = %d\n", sizeof(TRef)); // sizeof(TRef) = 4
printf("sizeof(ref.r) = %d\n", 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;
}
3、引用的本质
引用在C++中的内部实现是一个指针常量
图2
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\n", sizeof(r)); // sizeof(r) = 12
printf("sizeof(r.before) = %d\n", sizeof(r.before)); // sizeof(r.before) = 4
printf("sizeof(r.after) = %d\n", sizeof(r.after)); // sizeof(r.after) = 4
printf("&r.before = %p\n", &r.before); // &r.before = 0xbuf8a300c
printf("&r.after = %p\n", &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;
}
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\n", 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\n", 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("\n");
printf("main: rd = %d\n", 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\n", rs); // rs = 0
printf("\n");
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("\n");
printf("main: rd = %d\n", rd); // rd = 13209588
printf("main: rs = %d\n", rs); // rs = 11
printf("\n");
return 0;
}
4、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
引用在编译器内部使用指针常量实现
引用的最终本质为指针
引用可以尽可能地避开内存错误
以上就是今天给大家带来的知识点，需要提高学习基础的小伙伴可以私信我哦，回复“资料”就可以获取领取方式。希望大家多多评论转发。感谢大家！
