C++引用的理解與實現原理

如何理解引用 1

在使用上，我們要把引用當成另一個對象的“別名”

即看到一個引用，我們可以直接把它腦補成原來的對象

這樣會衍生出引用的一系列特性（與指針相比）：

1. 引用被創建時必須被初始化，也叫“綁定”（指針則可以在任何時候被初始化）
2. 不能有NULL 引用，引用必須與合法的存儲單元關聯（指針則可以是NULL）
3. 引用初始化后不能改變引用的對象（指針則可以隨時改變所指的對象）

引用如何實現

實際上如果查看匯編代碼的話，引用是通過指針實現的

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

這一段代碼會被編譯器翻譯為：

	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;

可以看到雖然b是a的引用，但在實現上並不是簡單的替換，而是生成了b的空間存儲a的地址，和指針c的實現是相同的。即引用在實現上相當於是一個指針常量 。[指針常量與常量指針]

如何理解引用 2

我們可以看到，引用只是一種概念上的抽象，那在C++中為什么同時存在引用和指針呢？什么情況下使用引用呢？

結論1：C++的引用主要是為了支持運算符重載；指針的存在主要是為了兼容C語言。[為什么 C++ 有指針了還要引用？]
結論2：用戶自定義類型最好用引用傳參，這樣可以避免不必要的構造函數和析構函數調用；對於內置(C-like)類型，按值傳參會比按引用傳參更高效。[內置類型傳值效率高的原因]

引用的一些特性

有了這兩層對引用的理解，我們就可以解釋引用的下面這些特性了：

1. 引用++ 是原來的對象執行自增（引用是對象的別名）
2. sizeof(引用) 的大小是被綁定的對象的大小（引用是對象的別名）
3. 一個類的成員變量帶引用，此引用 必須顯示在初始化列表初始化（引用在創建時必須初始化）
4. 一個類的成員變量帶引用，此引用 給類的大小貢獻一個地址的長度（引用在實現上是指針）