引用的条件及从汇编角度理解引用

lexingsen

发布于 2022-02-24 15:42:48

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发布于 2022-02-24 15:42:48

文章被收录于专栏：乐行僧的博客乐行僧的博客

引用：引用可以看作是对已定义变量的别名，变量名实际上是对一段连续存储空间的别名。

关于引用几点比较重要的内容：

（1）定义引用时必须进行初始化。（2）初始化的值要能取地址，不能用一个立即数进行初始化。

int &p = 100;//这是错误的

（3）引用不能改变，一旦初始化，不能引用其他变量名。（4）访问引用变量，永远访问的是被引用变量的内存。

引用的这几点重要的内容，可以反应出引用相对于指针来讲，更加安全。她不会引用一个未初始化的内存块，建议在C++中更多使用引用。提出一个问题，引用究竟有没有进行内存的开辟？许多书籍上写出引用没有开辟空间，到底对不对呢，还是理解的方向不正确？下面通过一段代码分析

#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
    int a = 10;
    int &b = a;
    int *p = &a;

    b = 20;
    cout <<"a = "<<a<<",b = "<<b<<",*p = "<<*p<<endl;

    *p = 30;
    cout <<"a = "<<a<<",b = "<<b<<",*p = "<<*p<<endl;
    return 0;
}

由上图看出，修改引用和修改指针都达到修改a内存块值的目的。也就是说 a b *p似乎是一块内存。

试着输出一下int a = 10;int &b = a;int *p = &a;中a和b的地址，以及p的值。

#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
    int a = 10;
    int &b = a;
    int *p = &a;

    cout << hex << "&a = " << &a << ",&b = " << &b << ",p = " << p << endl;
    return 0;
}

在输出结果中，似乎变量a的地址、引用的地址相同。似乎验证了刚才提到的问题，引用没有开辟独立的内存块。实际则不然，下面看上述代码的反汇编：

1.  int a = 10;
2.  mov  dword ptr [ebp-4],0Ah


3.  int &b = a;
4.  lea eax,[ebp-4]
5.  mov dword ptr [ebp-8],eax

6.  int *p = &a;
7.  lea ecx,[ebp-4]
8.  mov dword ptr [ebp-0Ch],ecx

对比上边3，4，5和6，7，8汇编代码，我们发现在底层语言中，压根就没有引用和指针的区别。在函数栈帧的开辟中，用栈底指针ebp的偏移量表示局部变量的地址。[ebp-4]对应的内存块就是a。

int &b = a;
lea eax,[ebp-4]//就是将内存块a的地址保存在eax寄存器中
//lea指令是移地址指令,对比下边int *p = &a的汇编指令是一摸一样.
dword ptr [ebp-8],eax//[ebp-8]即是引用b的内存块
//所以说引用是开辟了内存块的，用来保存被引用变量的地址。

int *p = &a;
lea ecx,[ebp-4]//就是将内存块a的地址保存在eax寄存器中
//lea指令是移地址指令
mov dword ptr [ebp-0Ch],ecx

通过上边的反汇编，我们可以得到的一条结论是：引用实际上开辟了内存用于保存被引用变量的地址。 但是，为什么我们输出引用变量b的地址，却是内存块a的地址呢？实际上，只要一旦使用，在编译器内部就会自动进行解应用。也就是说永远不可能访问到引用变量b的地址，因为每当你使用引用时，已经经过解引用。

初学者如何方便的定义引用变量呢？通过上边的分析，引用底层也是一个指针。只是在使用时，就进行了解引用，对程序员来讲这个过程是透明的。

int a=10;
int *p = &a;//首先定义一个指针
//将右边的取地址符&覆盖左边的*符号，即可得到引用变量的定义
int &p = a;

定义引用变量引用数组名

//按照上边的规则
int arr[10] = {0};
//首先定义一个指向数组的指针
int (*p)[10] = &arr;
//将右边的取地址符&覆盖左边的*符号，即可得到引用变量的定义
int (&p)[10] = arr;

#include<iostream>
using namespace std;
int main(){
    int arr[10] = {0};
    int (*p)[10] = &arr;
    int (&q)[10] = arr;
    cout<<sizeof(arr)<<" "
        <<sizeof(p)<<" "
        <<sizeof(q)<<endl;
    return 0;
}

64bit编译器下，指针变量的大小为8个字节。

引用变量作为函数参数当数组名作为函数参数时会退化为指针，因此实际应用中往往还需要传递数组的长度。

void fun(int arr[]){
    printf("sizeof(arr)=%d\n",sizeof(arr));
}
int main(){
    int arr[10]={0};
    printf("sizeof(arr)=%d\n",sizeof(arr));
    fun(arr);
}

注：64bit编译器指针变量的大小为8个字节。

引用作为函数参数

void fun(int (&p)[10]){
    cout<<"sizeof(p)="<<sizeof(p)<<endl;
}
int main(){
    int arr[10]={0};
    int (&p)[10] = arr;
    cout<<"sizeof(arr)="<<sizeof(arr)<<endl;
    fun(p);
    return 0;
}