关于C++引用类型变量_C/C++_编程开发_程序员俱乐部

随着设计模式的学习和实践，C++中引用的使用愈发平凡。但是C++中引用类型变量到底是什么东西，这种变量与Java C#中的引用值有什么区别和联系，直到今日才有所了解。这一切都出自于一次偶然的发现。
由于过去长期使用Java这种没有指针的语言，其引用值的概念早就深入人心。
我们知道，当有如下代码时，其实相当于什么都没做。

void function (Object o1, Object o2)
{
    Object temp;
    temp=o1;
    o1=o2;
    o2=temp;
}

这是因为传入函数的是引用值的关系，换句话说，这o1也好o2也罢，这都是指向内存空间的地址值。如果对于这个概念不太理解的话可以继续查阅Java中Passed by value的概念。

在使用过程中，我把这种概念也强加于C++中的引用值中，最后发生了悲剧的事情。

#include <iostream>
using namespace std;

class Object
{
public:
    Object(int value1, int value2):a(value1), b(value2) {}
    int a;
    int b;
};

int main()
{
    Object o1(1,2);
    Object o2(3,4);
    cout<<o1.a<<" "<<o1.b<<" "<<o2.a<<" "<<o2.b<<endl;
    function(o1, o2);
    cout<<o1.a<<" "<<o1.b<<" "<<o2.a<<" "<<o2.b<<endl;
    return 0;
}

void function (Object& o1, Object& o2)
{
    Object temp=o1;
    o1=o2;
    o2=temp;
}

输出结果是
3 4 1 2

那么如果我将函数function做如下修改呢

void function (Object& o1, Object& o2)
{
    Object& temp=o1;
    o1=o2;
    o2=temp;
}

结果是：
3 4 3 4
这个结果在开始时让我大吃一惊，我反复分析最中还是失败了，我当时这样想的
如果这个变量我把它解释成像Java中的引用值，那么在第一次输出结果时应该是不会变的。
在Java中就是不变的输出结果。但是如果不解释成引用值又说不通，因为我很明确这肯定是个指针。我始终无法说服自己。最后我反汇编了代码，看看它到底做了什么。
首先是第一种情况

    function(o1, o2);
00411587  lea         eax,[o2]  
0041158A  push        eax  
0041158B  lea         ecx,[o1]  
0041158E  push        ecx  
0041158F  call        function (411023h)  
00411594  add         esp,8  

这说明它的确是把对象的内存空间压入了栈中，即传给了函数

void function (Object& o1, Object& o2)
{
00411770  push        ebp  
00411771  mov         ebp,esp  
00411773  sub         esp,0D0h  
00411779  push        ebx  
0041177A  push        esi  
0041177B  push        edi  
0041177C  lea         edi,[ebp-0D0h]  
00411782  mov         ecx,34h  
00411787  mov         eax,0CCCCCCCCh  
0041178C  rep stos    dword ptr es:[edi]  
    Object temp=o1;
0041178E  mov         eax,dword ptr [o1]  
00411791  mov         ecx,dword ptr [eax]  
00411793  mov         edx,dword ptr [eax+4]  
00411796  mov         dword ptr [temp],ecx  
00411799  mov         dword ptr [ebp-8],edx  
    o1=o2;
0041179C  mov         eax,dword ptr [o2]  
0041179F  mov         ecx,dword ptr [eax]  
004117A1  mov         edx,dword ptr [eax+4]  
004117A4  mov         eax,dword ptr [o1]  
004117A7  mov         dword ptr [eax],ecx  
004117A9  mov         dword ptr [eax+4],edx  
    o2=temp;
004117AC  mov         eax,dword ptr [o2]  
004117AF  mov         ecx,dword ptr [temp]  
004117B2  mov         dword ptr [eax],ecx  
004117B4  mov         edx,dword ptr [ebp-8]  
004117B7  mov         dword ptr [eax+4],edx  
}

这段汇编中
1. 开了新的内存空间给temp，并且把o1内存中的所有东西传给了temp。
其实在写这段代码之前我怀疑是否能编译通过，因为在我的分析下这两者属于不同的类型，but it did.
我们再来看看结果为3434的那段函数汇编

void function (Object& o1, Object& o2)
{
00411770  push        ebp  
00411771  mov         ebp,esp  
00411773  sub         esp,0CCh  
00411779  push        ebx  
0041177A  push        esi  
0041177B  push        edi  
0041177C  lea         edi,[ebp-0CCh]  
00411782  mov         ecx,33h  
00411787  mov         eax,0CCCCCCCCh  
0041178C  rep stos    dword ptr es:[edi]  
    Object& temp=o1;
0041178E  mov         eax,dword ptr [o1]  
00411791  mov         dword ptr [temp],eax  
    o1=o2;
00411794  mov         eax,dword ptr [o2]  
00411797  mov         ecx,dword ptr [eax]  
00411799  mov         edx,dword ptr [eax+4]  
0041179C  mov         eax,dword ptr [o1]  
0041179F  mov         dword ptr [eax],ecx  
004117A1  mov         dword ptr [eax+4],edx  
    o2=temp;
004117A4  mov         eax,dword ptr [temp]  
004117A7  mov         ecx,dword ptr [eax]  
004117A9  mov         edx,dword ptr [eax+4]  
004117AC  mov         eax,dword ptr [o2]  
004117AF  mov         dword ptr [eax],ecx  
004117B1  mov         dword ptr [eax+4],edx  
}

HoHO，奇迹发现了。
现在将这一切解释一下。

按照上图我们发现，其实对象是由一个指针维护着，对象的名字便是这个指针，这个概念很好理解，Java中也是这样，我们在学校的时候也是这样学的。但是引用值我们的老师告诉我们这是个别名。但是这个解释太具有中国式的含蓄，这也是为什么造成今日我的迷糊。其实引用也是个指针，他指向上面所说的那个指针，正如图所示。
好，他们之间的结构已经说清楚了，那为什么还会出现如此诡异的事呢？有人会问还诡异在哪里？
为什么在代码
Object& temp=o1;
o1=o2;
o2=temp;
执行完后结果会是3434呢？有人会解释说因为他是指针，交换的结果是指针互相对冲，使得最终都是那个指向o2的地址。
如果按照这个理论的话我们尝试解释
Object temp=o1;
o1=o2;
o2=temp;
首先必须申明o1是引用值，即他也是指向那段内存空间指针的指针。你不觉得一个指向指针的指针赋值给一个指向对象的指针，这好像很怪吗？
其实这一切的一切罪魁祸首是诡异的引用的赋值运算符。
他在引用使用它时会做点我们看不见的事，简单而言是这样的。
Object& temp=o1(引用赋值给引用) 结果是：使得两个引用值拥有相同的地址值
Object temp=o1 (引用赋值给对象) 结果是：引用将其指向的对象的内存空间完全赋值给新的对象
o1= Object temp(对象给引用赋值) 结果是：这是新建一个引用的常用语法，不解释
对象赋值给对象略
简而言之，引用的赋值运算符，不是简单的内存空间之间的交换，他会做出语义判断来决定到底是将地址值给对方呢，还是将指向的目标给对方，还是把指向目标的目标给对方。

其实如果C++的引用值做的和Java一样，那也就不会有这样的问题。

最后总结一下
1. C++的引用这个变量是一个地址
2. 引用之间的赋值运算是和Java中不一样的，他是有自己的机制的。