参考如何在内部实施？

Question

只是想知道它是如何在不同的编译器和调试/发布配置中实现的.标准是否以某种方式提供有关其实施的建议？它在哪里有所不同？

我试图运行一个简单的程序,我已经从函数返回非const引用和指向局部变量的指针,但它的工作方式相同.那么内部引用只是一个指针是真的吗？

Answer 1

只是重复一些人们一直在说的东西,让我们看看一些编译器输出:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int byref(int & foo)
{
  printf("%d\n", foo);
}
int byptr(int * foo)
{
  printf("%d\n", *foo);
}

int main(int argc, char **argv) {
  int aFoo = 5; 
  byref(aFoo);
  byptr(&aFoo);
}

我们可以用LLVM编译它(关闭优化),我们得到以下结果:

define i32 @_Z5byrefRi(i32* %foo) {
entry:
  %foo_addr = alloca i32*                         ; <i32**> [#uses=2]
  %retval = alloca i32                            ; <i32*> [#uses=1]
  %"alloca point" = bitcast i32 0 to i32          ; <i32> [#uses=0]
  store i32* %foo, i32** %foo_addr
  %0 = load i32** %foo_addr, align 8              ; <i32*> [#uses=1]
  %1 = load i32* %0, align 4                      ; <i32> [#uses=1]
  %2 = call i32 (i8*, ...)* @printf(i8* noalias getelementptr inbounds ([4 x i8]* @.str, i64 0, i64 0), i32 %1) ; <i32> [#uses=0]
  br label %return

return:                                           ; preds = %entry
  %retval1 = load i32* %retval                    ; <i32> [#uses=1]
  ret i32 %retval1
}

define i32 @_Z5byptrPi(i32* %foo) {
entry:
  %foo_addr = alloca i32*                         ; <i32**> [#uses=2]
  %retval = alloca i32                            ; <i32*> [#uses=1]
  %"alloca point" = bitcast i32 0 to i32          ; <i32> [#uses=0]
  store i32* %foo, i32** %foo_addr
  %0 = load i32** %foo_addr, align 8              ; <i32*> [#uses=1]
  %1 = load i32* %0, align 4                      ; <i32> [#uses=1]
  %2 = call i32 (i8*, ...)* @printf(i8* noalias getelementptr inbounds ([4 x i8]* @.str, i64 0, i64 0), i32 %1) ; <i32> [#uses=0]
  br label %return

return:                                           ; preds = %entry
  %retval1 = load i32* %retval                    ; <i32> [#uses=1]
  ret i32 %retval1
}

两个功能的主体是相同的

Answer 2

引用的自然实现确实是一个指针.但是,请不要在代码中依赖于此.

Answer 3

很抱歉使用汇编来解释这一点,但我认为这是了解编译器如何实现引用的最佳方法.

    #include <iostream>

    using namespace std;

    int main()
    {
        int i = 10;
        int *ptrToI = &i;
        int &refToI = i;

        cout << "i = " << i << "\n";
        cout << "&i = " << &i << "\n";

        cout << "ptrToI = " << ptrToI << "\n";
        cout << "*ptrToI = " << *ptrToI << "\n";
        cout << "&ptrToI = " << &ptrToI << "\n";

        cout << "refToNum = " << refToI << "\n";
        //cout << "*refToNum = " << *refToI << "\n";
        cout << "&refToNum = " << &refToI << "\n";

        return 0;
    }

这段代码的输出是这样的

    i = 10
    &i = 0xbf9e52f8
    ptrToI = 0xbf9e52f8
    *ptrToI = 10
    &ptrToI = 0xbf9e52f4
    refToNum = 10
    &refToNum = 0xbf9e52f8

让我们看看反汇编(我为此使用了GDB.这里是8,9和10是代码的行号)

8           int i = 10;
0x08048698 <main()+18>: movl   $0xa,-0x10(%ebp)

这$0xa是我们分配给的10(十进制)i.-0x10(%ebp)这里表示ebp register-16(十进制)的内容. -0x10(%ebp)指向i堆栈的地址.

9           int *ptrToI = &i;
0x0804869f <main()+25>: lea    -0x10(%ebp),%eax
0x080486a2 <main()+28>: mov    %eax,-0x14(%ebp)

指定的地址i来ptrToI.ptrToI再次位于地址的堆栈上-0x14(%ebp),即ebp- 20(十进制).

10          int &refToI = i;
0x080486a5 <main()+31>: lea    -0x10(%ebp),%eax
0x080486a8 <main()+34>: mov    %eax,-0xc(%ebp)

现在抓住了!比较第9行和第10行的反汇编,您将观察到,在行号10中被-0x14(%ebp)替换为地址.它在堆栈上分配.但是您永远无法从代码中获取此地址,因为您无需知道地址.-0xc(%ebp)-0xc(%ebp)refToNum

所以; 引用确实占用了内存.在这种情况下,它是堆栈内存,因为我们已将其分配为局部变量.它占用了多少内存？指针占据了很多.

现在让我们看看我们如何访问引用和指针.为简单起见,我只展示了部分组装片段

16          cout << "*ptrToI = " << *ptrToI << "\n";
0x08048746 <main()+192>:        mov    -0x14(%ebp),%eax
0x08048749 <main()+195>:        mov    (%eax),%ebx
19          cout << "refToNum = " << refToI << "\n";
0x080487b0 <main()+298>:        mov    -0xc(%ebp),%eax
0x080487b3 <main()+301>:        mov    (%eax),%ebx

现在比较以上两行,你会看到惊人的相似性. -0xc(%ebp)是refToI您永远无法访问的实际地址.简单来说,如果您将引用视为普通指针,那么访问引用就像获取引用指向的地址处的值一样.这意味着以下两行代码将为您提供相同的结果

cout << "Value if i = " << *ptrToI << "\n";
cout << " Value if i = " << refToI << "\n";

现在比较一下

15          cout << "ptrToI = " << ptrToI << "\n";
0x08048713 <main()+141>:        mov    -0x14(%ebp),%ebx
21          cout << "&refToNum = " << &refToI << "\n";
0x080487fb <main()+373>:        mov    -0xc(%ebp),%eax

我猜你能发现这里发生了什么.如果您要求&refToI,-0xc(%ebp)地址位置的内容将 被返回,并且-0xc(%ebp)位于其中refToi,其内容只是地址i.

最后一件事,为什么这一行被评论了？

//cout << "*refToNum = " << *refToI << "\n";

因为*refToI不允许,它会给你一个编译时错误.

Answer 4

用比耶恩的话说：

像指针一样，引用是对象的别名，通常被实现为保存对象的机器地址，并且与指针相比不增加性能开销，但是与指针的不同之处在于：

•您使用与对象名称完全相同的语法访问引用。

•引用始终引用对其进行初始化的对象。

•没有“空引用”，我们可以假定引用是指对象

尽管引用实际上是一个指针，但是它不应像指针一样使用，而是用作别名。