導(dǎo)讀

• 為什么說引用是別名
• 為什么引用作為形參可以修改實參的值
• 為什么引用初始化后無法指向其他對象
• 引用與指針對應(yīng)的匯編代碼
• 對引用的理解

為什么說引用是別名

int main() {
    int a = 10;
    int &b = a;
    b = 20;
    return 0;
}

1-1

從地址的角度來說，a與b兩者的內(nèi)存地址相同，都存儲著0x14這個數(shù)值，所以b可以理解為a的別名。既然引用是別名，顯然需要通過某個變量初始化，因此引用必須在定義的時候直接通過某個變量初始化。

為什么引用作為形參可以修改實參的值

void test(int &x) {
    x = 99;
}

int main() {
    int a = 10;
    test(a);
    return 0;
}

2-1

2-2

在調(diào)用函數(shù)前，將a的地址存入rdi中，此時可以通過rdi存儲的地址值來對變量a進(jìn)行讀寫操作。

2-3

進(jìn)入函數(shù)后，向rdi存儲的內(nèi)存地址中寫入0x63數(shù)據(jù)，即十進(jìn)制的99。由于rdi中存儲的是變量a的內(nèi)存地址，所以此時a的值等于99。

為什么引用初始化后無法指向其他對象

例子中的注釋對應(yīng)著匯編代碼：

int main() {
//    movl   $0xa, -0x8(%rbp)
    int a = 10;
    
//    leaq   -0x8(%rbp), %rcx
//    movq   %rcx, -0x10(%rbp)
//    movq   -0x10(%rbp), %rcx
    int &x = a;
    
//    movl   $0x14, (%rcx)
    x = 20;
    
//    movl   $0x63, -0x14(%rbp)
    int b = 99;

    return 0;
}

可以看到，在對引用賦值時，轉(zhuǎn)成匯編對應(yīng)的是通過寄存器賦值，中間通過movq %rcx, -0x10(%rbp)轉(zhuǎn)存了一下a的內(nèi)存地址。那么，是否可以通過-0x10(%rbp)這個內(nèi)存地址來修改x的指向？

3-1

可見，當(dāng)我們向-0x10(%rbp)內(nèi)存地址中寫入變量b的內(nèi)存地址時，引用x的值變成了變量b的值99。雖然可以通過lldb修改引用的指向，但在C++層面很難得知引用的內(nèi)存地址（即使通過代碼中變量存儲地址推導(dǎo)出引用地址，同樣需要直接操作內(nèi)存地址，因為沒有一個變量名代表這個內(nèi)存地址）。

當(dāng)對引用使用&符號時，得到的是變量a的地址，而非引用的地址（請參考為什么說引用是別名這一小節(jié)）。

是否可以通過直接修改&引用的值，來達(dá)到改變引用指向？

3-2

很遺憾，&x無法賦值，因為&x等于變量a的地址，而a的地址是個常量，常量不能是左值。

引用與指針對應(yīng)的匯編代碼

int main() {
//    movl   $0xa, -0x8(%rbp)
    int a = 10;
    
//    leaq   -0x8(%rbp), %rcx
    
//    movq   %rcx, -0x10(%rbp)
    int &x = a;
    
//    movq   %rcx, -0x18(%rbp)
    int *p = &a;
    return 0;
}

從匯編代碼來看，無法區(qū)分是在操作引用還是在操作指針，兩者的區(qū)別僅在于可以通過&p獲取指針的地址，從而改變指針變量p的指向，但是無法通過&x獲取引用的地址（獲取到的是a的地址）。

對引用的理解

文章開頭已經(jīng)說過，可以把引用理解為變量的別名。但是通過為什么引用初始化后無法指向其他對象這一小節(jié)可以看到，引用其實也是需要開辟內(nèi)存的，只是內(nèi)存地址沒有對應(yīng)的變量名，在這個內(nèi)存地址中存儲著引用的變量的內(nèi)存地址，可以把這塊因為引用而開辟的匿名內(nèi)存地址理解為二級指針。
此處可以類比指針，指針存儲著某個變量的地址，但是同樣有一塊空間存儲著指針，而這塊存儲著指針的內(nèi)存空間就是&指針，即指針的地址，引用其實就是個匿名指針。

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