關(guān)于“C++中引用不占內(nèi)存”問(wèn)題的進(jìn)一步解釋
本問(wèn)題的關(guān)鍵是一個(gè)視角問(wèn)題。同一個(gè)問(wèn)題，站在C++程序員的角度與站在編譯器開發(fā)者的角度來(lái)看是不一樣的。
在C++中我們說(shuō)“引用不占內(nèi)存”是從C++程序員的角度來(lái)看。請(qǐng)看下列程序的運(yùn)行結(jié)果。
- #include <iostream>
- using namespace std;
- int main(int argc, char** argv)
- {
- char c;
- double i;
- double &k = i;
- char &m = c;
- double *p = &i;
- char *q = &c;
- cout << "Result :" << endl;
- cout << " i = " << sizeof(i) << endl;
- cout << " k = " << sizeof(k) << endl;
- cout << " c = " << sizeof(c) << endl;
- cout << " m = " << sizeof(m) << endl;
- cout << " p = " << sizeof(p) << endl;
- cout << " q = " << sizeof(q) << endl;
- return 0;
- }
運(yùn)行結(jié)果為：
- Result :
- i = 8
- k = 8
- c = 1
- m = 1
- p = 4
- q = 4
顯然，對(duì)于引用變量k來(lái)說(shuō)，sizeof(k)的結(jié)果為8，sizeof(m)的結(jié)果為1，這樣的結(jié)果實(shí)際是被引用對(duì)象所占內(nèi)存的大小，k引用的是double類型，所以占8個(gè)字節(jié);m引用的是char類型，所以占1個(gè)字節(jié)。這與指針變量完全不同，從運(yùn)行結(jié)果可以看出，不論指針變量指向的數(shù)據(jù)類型是什么，指針變量(p、q)均占用4個(gè)字節(jié)。進(jìn)一步可以用C++程序證明，對(duì)于引用變量的處理直接操作的對(duì)象就是被引用對(duì)象。所以從C++的角度來(lái)說(shuō)，引用本身不會(huì)為變量開辟新的存儲(chǔ)空間，引用只是為實(shí)際對(duì)象起了一個(gè)別名。
C++程序不能在計(jì)算機(jī)上直接運(yùn)行，必須經(jīng)過(guò)編譯器將C++程序編譯生成匯編程序，從編譯的角度來(lái)看，C++編譯器對(duì)引用的處理與對(duì)于指針的處理是相同的，均是為變量分配一個(gè)對(duì)應(yīng)的內(nèi)存空間。所以，站在編譯器開發(fā)者的角度來(lái)看，在編譯器中要實(shí)現(xiàn)引用就必須要為引用變量分配一個(gè)內(nèi)存空間。
所以兩個(gè)視角不能混淆。
為了更深入解釋，我們可以在DEV C++環(huán)境中運(yùn)行下列C++程序。
- #include <iostream>
- using namespace std;
- int main(int argc, char** argv)
- {
- int i = 5;
- int j = 6;
- int &k = i;
- int *p = &i;
- i = j;
- k = j;
- i = k;
- &k = j; // 編譯錯(cuò)誤，無(wú)法通過(guò)
- cout << "運(yùn)行結(jié)果:" << endl;
- cout << " i = " << i << endl;
- cout << " &i = " << &i << endl;
- cout << " j = " << j << endl;
- cout << " k = " << k << endl;
- cout << " &k = " << &k << endl;
- cout << " p = " << p << endl;
- cout << " &p = " << &p << endl;
- return 0;
- }
運(yùn)行結(jié)果：
- i = 6
- &i = 0x22fe98
- j = 6
- &j = 0x22fe94
- k = 6
- &k = 0x22fe98
- p = 0x22fe98
- &p = 0x22fe90
上述C++程序?qū)?yīng)的匯編代碼如下：
- 0x00401576 <+86>: mov DWORD PTR [ebp-0x20],0x5
; 語(yǔ)句i = 5。ebp=0x22feb8
- 0x0040157d <+93>: mov DWORD PTR [ebp-0x24],0x6
; 語(yǔ)句j = 6
- 0x00401584 <+100>:lea eax,[ebp-0x20]
; 語(yǔ)句&k = i。eax=0x22fe98
- 0x00401587 <+103>:mov DWORD PTR [ebp-0x1c],eax
- 0x0040158a <+106>: lea eax,[ebp-0x20]
; 語(yǔ)句p = &i。eax=0x22fe98
- 0x0040158d <+109>:mov DWORD PTR [ebp-0x28],eax
- 0x00401590 <+112>:mov eax,DWORD PTR [ebp-0x24]
; 語(yǔ)句i = j。eax=0x6
- 0x00401593 <+115>:mov DWORD PTR [ebp-0x20],eax
- 0x00401596 <+118>:mov edx,DWORD PTR [ebp-0x24]
; 語(yǔ)句k = j。
- 0x00401599 <+121>:mov eax,DWORD PTR [ebp-0x1c]
- 0x0040159c <+124>: mov DWORD PTR [eax],edx
- 0x0040159e <+126>: mov eax,DWORD PTR [ebp-0x1c]
; 語(yǔ)句i = k。
- 0x004015a1 <+129>: mov eax,DWORD PTR [eax]
- 0x004015a3 <+131>: mov DWORD PTR [ebp-0x20],eax
- 0x004015a6 <+134>: mov eax,DWORD PTR [ebp-0x28]
; 語(yǔ)句*p = j。
- 0x004015a9 <+137>: mov edx,DWORD PTR [ebp-0x24]
- 0x004015ac <+140>: mov DWORD PTR [eax],edx
- 0x004015ae <+142>: mov eax,DWORD PTR [ebp-0x20]
; 下一條語(yǔ)句
- 0x004015b1 <+145>: ……
通過(guò)分析可以看到，整型變量i在內(nèi)存中分配的絕對(duì)地址為0x22fe98，相對(duì)地址為ebp-0x20;整型變量j的絕對(duì)地址為0x22fe94，相對(duì)地址為ebp-0x24;指針變量p的絕對(duì)地址為0x22fe90，相對(duì)地址為ebp-0x28;引用變量k在內(nèi)存中相對(duì)地址為ebp-0x1c。注意：在C++程序員的視角中是無(wú)法得到引用變量k在內(nèi)存中的地址。變量在內(nèi)存中地址分配關(guān)系見下表。
將C++程序與對(duì)應(yīng)的匯編指令相對(duì)照。語(yǔ)句“&k = i”對(duì)應(yīng)的匯編語(yǔ)句是<+100>和<+103>，編譯為引用變量k分配了內(nèi)存單元，且保存的是變量i的地址，語(yǔ)句“p = &i”的匯編語(yǔ)句是<+106>和<+109>，編譯為指針變量p分配了內(nèi)存單元，且保存的是變量i的地址，兩個(gè)語(yǔ)句對(duì)應(yīng)的匯編是一樣的，都是在變量對(duì)應(yīng)的單元中保存了相關(guān)對(duì)象的地址。
語(yǔ)句“k = j”對(duì)應(yīng)的匯編語(yǔ)句是<+118>、<+121>和<+124>，語(yǔ)句“*p = j” 對(duì)應(yīng)的匯編語(yǔ)句是<+134>、<+137>和<+140>，兩相對(duì)照，生成的匯編指令沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別，可以認(rèn)為是完全等價(jià)的。因此可以得出結(jié)論，通過(guò)編譯之后，生成的最終代碼在匯編級(jí)對(duì)于引用變量和指針變量的處理是相同的。
在C++的視角來(lái)看，引用變量與指針變量是不同的。指針變量是一個(gè)實(shí)體，在運(yùn)行過(guò)程中可以改變;而引用僅是某個(gè)變量的別名，引用變量在被創(chuàng)建的同時(shí)必須被初始化，且在運(yùn)行過(guò)程中不能被再次改變。
在我們給出的上述源程序示例中，語(yǔ)句“&k = j;”是無(wú)法通過(guò)編譯。因此可以認(rèn)為，C++語(yǔ)言中對(duì)于引用型變量的限制是由編譯器本身限制的。
