C++中的引用推导

导读

为什么说引用是别名
为什么引用作为形参可以修改实参的值
为什么引用初始化后无法指向其他对象
引用与指针对应的汇编代码
对引用的理解

为什么说引用是别名

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

1-1

从地址的角度来说，a与b两者的内存地址相同，都存储着0x14这个数值，所以b可以理解为a的别名。既然引用是别名，显然需要通过某个变量初始化，因此引用必须在定义的时候直接通过某个变量初始化。

为什么引用作为形参可以修改实参的值

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

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

2-1

2-2

在调用函数前，将a的地址存入rdi中，此时可以通过rdi存储的地址值来对变量a进行读写操作。

2-3

进入函数后，向rdi存储的内存地址中写入0x63数据，即十进制的99。由于rdi中存储的是变量a的内存地址，所以此时a的值等于99。

为什么引用初始化后无法指向其他对象

例子中的注释对应着汇编代码：

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，在对引用赋值时，转成汇编对应的是通过寄存器赋值，中间通过movq %rcx, -0x10(%rbp)转存了一下a的内存地址。那么，是否可以通过-0x10(%rbp)这个内存地址来修改x的指向？

3-1

可见，当我们向-0x10(%rbp)内存地址中写入变量b的内存地址时，引用x的值变成了变量b的值99。虽然可以通过lldb修改引用的指向，但在C++层面很难得知引用的内存地址（即使通过代码中变量存储地址推导出引用地址，同样需要直接操作内存地址，因为没有一个变量名代表这个内存地址）。

当对引用使用&符号时，得到的是变量a的地址，而非引用的地址（请参考为什么说引用是别名这一小节）。

是否可以通过直接修改&引用的值，来达到改变引用指向？

3-2

很遗憾，&x无法赋值，因为&x等于变量a的地址，而a的地址是个常量，常量不能是左值。

引用与指针对应的汇编代码

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;
}

从汇编代码来看，无法区分是在操作引用还是在操作指针，两者的区别仅在于可以通过&p获取指针的地址，从而改变指针变量p的指向，但是无法通过&x获取引用的地址（获取到的是a的地址）。

对引用的理解

文章开头已经说过，可以把引用理解为变量的别名。但是通过为什么引用初始化后无法指向其他对象这一小节可以看到，引用其实也是需要开辟内存的，只是内存地址没有对应的变量名，在这个内存地址中存储着引用的变量的内存地址，可以把这块因为引用而开辟的匿名内存地址理解为二级指针。
此处可以类比指针，指针存储着某个变量的地址，但是同样有一块空间存储着指针，而这块存储着指针的内存空间就是&指针，即指针的地址，引用其实就是个匿名指针。

Have fun!

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