从变量到指针到引用

引用到底是什么东西，可能一直让大家比较疑惑。从《C++ primer》里总结一下，引用的特点如下：

1. 再熟悉不过的说法，引用是变量的别名，操作引用跟操作变量的效果是一样的；

2. 引用不是对象，因此，不会给引用分配内存空间；

3. 参数传递如果形参是引用，那么此时引用的表现就像指针一样，可以直接改变变量的值。

这三个特点听起来简单，但是如果深入思考一下，就不由得疑惑究竟是什么造成了引用的这些特点，而引用或者“别名”又到底是什么东西？

变量定义的特点：

1. 对于 int a 这条语句，编译器会分配一个 4 字节的内存单元（典型的32位机上，假设起始地址是0x124EFDD8），并将这个内存单元和 a 这个变量名绑定在一起；

2. 我们知道，编译的过程中，对于函数名、变量名等都会替换成相应的符号，所以我们假设编译后 a 变量名被替换为符号 L1，那么这个过程的示意如下：



3. 当我们访问变量 a 时，其实就是通过 L1 这个符号访问相应的内存单元的。所以，变量一旦定义之后，无论我们会把哪个变量赋给 a ，其实质只是把该变量的内容写到 0x124EFDD8 这块内存单元中而已，L1 和 0x124EFDD8 的绑定关系是永远不变的。

引用定义的特点：

1. 假设 int &aref = a 即 aref 是 变量 a 的引用，那么此时编译器对 aref 会做出怎样的行为呢？

2. 根据 “引用不是对象，不会分配内存单元” 的特征，我们可以得出结论，引用定义时，编译器没有为引用分配内存空间，只是简单的把引用替换为一个符号（我们假设是 L2）；

3. 根据 “引用是变量的别名” 的特征，其实我们已经可以知道，编译器是把引用和变量的内存空间绑定起来了，即将L2 和 0x124EFDD8 绑定到一起，示意如下：



4. 当我们访问引用时，也是通过符号 L2 进行访问，所以，访问 aref 时最终访问的也是 0x124EFDD8 ，这样就解释了“操作引用和操作变量的效果是一样的”这一特点。

那么指针和引用的区别又在哪里呢？

1. 假设 int *p = &a 即定义指针 p 指向变量 a ；

2. 指针也是一个变量，所以编译器遇到指针时，也会为指针分配存储空间（假设是 0x3473AFB4），然后把替换后的符号（假设是 L3）和这一块内存单元绑定起来，同时，我们知道，指针的内容是变量的地址，所以可得如下示意图：



3. 从上图我们就可以明白，当我们访问指针时，通过 L3 访问到 0x3473AFB4 ，但是我们如果想要访问它所指向的对象时，就要进行解引用（*p） 才能访问到变量 a ，而引用就不需要解引用这一操作，因为它直接就指向了变量
a；

指针和引用在参数传递时，编译器的行为：

1. 两种情况下都不用复制操作对象，也都可以修改操作对象；

2. 但是实现机制不同，以指针为参数时，编译器同样对指针进行了值传递（变量的传递都是值传递，指针也是变量，所以指针传递的时候，指针本身也是值传递），然后利用这个临时指针访问变量（需要解引用），假设指针临时变量符号是
L4 ，内存地址是 0x3473FEDA ，则示意如下：



3. 以引用为参数时，因为引用根本就不是变量，所以编译器不会创建引用的临时变量。其实质是当编译器遇到引用形参时，是直接用实参的标号来访问变量的，即直接通过
L2 来访问变量，所以同样可以修改变量的值（不需要解引用）。

以上就是对变量、指针、引用的简单总结。如有错误之处，欢迎指出~