一直想不透C++引用的本質是什么
在學校的教材《C++程序設計教程》(清華大學出版社 錢能)中是這樣說的“引用是個別名...引用作為目標的別名而使用...引用不是值不占存儲空間...引用只有聲明，沒有定義...”
我一直以為編譯器處理引用時會把它當作是變量的別名 用實際的變量去代替
今天發現這篇文章
原文在http://www.rayoko.com/article/201.htm
以下是文章的內容:
探索c++的底層機制
在看這篇文章之前，請你先要明白一點：那就是c++為我們所提供的各種存取控制僅僅是在編譯階段給我們的限制，也就是說是編譯器確保了你在完成任務之前的正確行為，如果你的行為不正確，那么你休想構造出任何可執行程序來。但如果真正到了產生可執行代碼階段，無論是c，c++,還是pascal，大家都一樣，你認為c和c++編譯器產生的機器代碼會有所不同嗎，你認為c++產生的機器代碼會有訪問限制嗎？那么你錯了。什么const，private，統統沒有（const變量或許會放入只讀數據段），它不會再給你任何的限制，你可以利用一切內存修改工具或者是自己寫一個程序對某一進程空間的某一變量進行修改，不管它在你的印象中是private，還是public，對于此時的你來說都一樣，想怎樣便怎樣。另外，你也不要為c++所提供的什么晚期捆綁等機制大呼神奇，它也僅僅是在所產生的代碼中多加了幾條而已，它遠沒有你想象的那么智能，所有的工作都是編譯器幫你完成，真正到了執行的時候，計算機會完全按照編譯器產生的代碼一絲不茍的執行。你明白我在說什么嗎？對了，如果你從前接觸過匯編，只要你反匯編一段c++代碼，你就會說：原來是這么回事呀，c++只不過是把我們的問題進行了更高層次的抽象，但只要你解開面紗，回到問題的本源，一切都將變得不再神秘……
（以下的反匯編代碼均來自visial c++ 7.0）
一．讓我們從變量開始-----并非你想象的那么簡單
變量是什么，變量就是一個在程序執行過程中可以改變的量。換一個角度，變量是一塊內存區域的名字，它就代表這塊內存區域，當我們對變量進行修改的時候，會引起內存區域中內容的改變。但是你若是學習過匯編或是計算機組成原理，那么你就會清楚對于一塊內存區域來說，根本就不存在什么名字，它所僅有的標志就是他的地址，因此我們若想修改一塊內存區域的內容，只有知道他的地址方能實現。看來所謂的變量一說只不過是編譯器給我們進行的一種抽象，讓我們不必去了解更多的細節，降低我們的思維跨度而已。例如下面這條語句：
int a=10;
按照我們的思維習慣來講，就是“存在一個變量a，它的值是10”，一切都顯得那么的自然。我們不必去在乎什么所謂的地址以及其他的一些細節。然而在這條語句的底層實現中，a已經不能算是一個變量了，它僅僅是一個標記，代表一個地址的標記：
mov dword ptr[a],0Ah;
怎么樣，這條語句不像上面那條易于接受吧，因為它需要了解更多的細節，你幾乎不能得到編譯器的任何幫助，一切思維上的跨越必須由你自己完成。這條語句應該解釋為“把10寫入以a為地址的內存區域”。你說什么？a有些像指針？對，的確像，但還不是，只不過他們的過程似乎是類似的。這里所說的跨越實際上就是從一個現實問題到具體地址以及內存區域的跨越。
二．引用：你可以擁有引用，但編譯器僅擁有指針（地址）
看過了第一條，你一定對編譯器的工作有了一定的了解，實際上編譯器就是程序員與底層之間的一個轉換層，它把一個高級語言代碼轉換為低級語言代碼，一個編譯器完成的轉換跨度越大，那么它也就會越復雜，因為程序員的工作都由他代為完成了。C++編譯器必然比匯編編譯器復雜就是這個道理。如果我問你引用和指針是一樣的嗎？你或許會說當然不一樣了，指針容易產生不安全的因素，引用卻不會，真的不會嗎？我們來看下面這段代碼：
int *e=new int(10);
int &f=*e;
delete e;
f=30;
你認為上面這段代碼怎么樣，我感覺就不很安全，它和指針有相同的隱患。因為它所引用的內存區域就不合法。
我個人認為，所謂的引用其實就是一種指針，只不過二者的接口并不相同，引用的接口有一定的限制。指針可以一對多，而引用卻只能一對一，即&refer不能被改變，但卻并不能說一對一就是安全的，只不過危險的系數降低罷了。引用比指針更容易控制。
Ok,下面來說說指針，曾經有過匯編經驗的人一定會說，恩，指針的某些地方有些像匯編，尤其是那個“*”，怎么就那么像匯編中的“[]”啊。呵呵，的確，它也涵蓋了一個尋址的過程。看來指針的確是個比較低級的東西。然而引用卻并不那么直接，雖然程序員用起來方便安全了許多。但是你要清楚，只有你可以擁有引用，編譯器可沒有這個工具，計算機并不認識這個東西。因此，它的底層機制實際上是和指針一樣的。不要相信只有一塊內存拷貝，不要認為引用可以為你節省一個指針的空間，因為這一切不會發生，編譯器還是會把引用解釋為指針。不管你相不相信，請看下面這段代碼：
int& b=a;
lea eax,[a];
mov dword ptr[b],eax;把a的地址賦給地址為b的一塊內存
b=50;
mov eax,dword ptr[b];
mov dword ptr[eax],32h;
int *d=&a;
lea eax,[a];
mov dword ptr[d],eax
*d=60;
mov eax,dword ptr[d]
mov dword ptr[eax],3ch;
以上的代碼均來自具體的編譯器，怎么樣，相信了吧，好，讓我再來做一個或許不怎么恰當的比擬，你一定編過有關線性表和棧的程序吧，線性表是一個非常靈活的數據結構，在他上面有許多的操作，然而棧呢，它是一個限制性操作的線性表，它的底層操作實際上是由線性表操作實現的。就好比stack與vector的關系，因此指針和引用的關系就好比線性表和棧的關系，引用也就是受限的指針，它對外的接口和指針雖然并不一樣，但底層是相同的。
下面再來看看引用的一個重要用途，作為函數的參數傳遞的時候是怎樣的情形：
void swapr(int &a, int &b)；
void swapr(int* a, int *b)；
int a=10;
int b=20;
swapr(a, b);
lea eax,[a];
push eax; //把a的地址壓入堆棧
lea ecx,[b];
push ecx;
call swapr;
swapr(&a, &b);
lea eax,[a];
push eax;
lea ecx,[b];
push ecx;
call swapr;
怎么樣，用引用和指針傳遞參數無論是在效率上還是在空間上都是完全一樣的，如果妄想不傳入地址就修改實參的值，簡直就是天方夜譚，這就說明引用的本質就是指針。畢竟它們的行為都太相似了，如果不是這樣，你還有什么方法去實現引用嗎？記住，引用只不過是編譯器為你提供的一個有用且安全的工具，對于機器代碼可無法表示它，它把指針一對多的缺點去除，禁止了你的不安全的操作。但回到問題的本源，他們沒有任何區別。
posted on 2006-04-01 17:55
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