引用变量存储在哪里？

Question

我知道引用不会占用任何内存，它将指向与其引用的内存位置相同的位置。 例如：

int i=10;
int &r = a;

假设 i 指向内存位置1000，那么在这种情况下，r 也将指向内存位置1000。 但在C++中，每当我们声明一个变量时，它都会被存储在某个内存位置。 在这种情况下，r 指向某个位置，但应该通过某种内部表示方式存储在内存中。 提前致谢。

- Sandeep Sharma

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如果r是一个变量，那么r的地址就是&r。这不是引用，C不是C++。所以如果r = &a，&r表示存储a地址的地址。 - Tim

引用变量存储在哪里是未指定的。 - uh oh somebody needs a pupper

Answer 1

这一点没有具体说明，但是有很好的理由。真正的答案是：它取决于引用的情况。它可以表示为普通指针，或者根本不存在。

如果您有一个具有自动存储期限制的函数本地引用，例如此r：

void foo()
{
  int x[4] = {0, 1, 2, 3};
  int &r = x[1];
  // more code
}

如果引用不是“持久的”或对其他翻译单元可见（例如数据成员或全局变量），那么它可能根本不占用任何空间。编译器将简单地将r的所有使用视为x[1]的别名，并直接访问该int。请注意，这种别名样式的引用也可能来自函数内联。

另一方面，如果引用是“持久的”或对其他翻译单元可见（例如数据成员或全局变量），则必须占用一些空间并存储在某个位置。在这种情况下，它很可能被表示为指针，并且使用它的代码将被编译为解引用该指针。

理论上，其他选项也可能存在（例如查找表），但我认为这些选项不会被任何现实世界的编译器所使用。

- Angew is no longer proud of SO

Answer 2

我知道引用不占用任何内存。

并不完全正确。一个引用是否有存储空间是未指定的。它可能有，也可能没有。在这个特定的例子中，它不需要存储空间，因此在典型的实现中，它不使用任何存储空间。

它将指向与其引用相同的内存位置

这听起来像是自我证明或者只是一种误解，具体取决于您对“指向”一词的理解。引用“引用”对象或者“绑定”到对象。您可以将其视为变量名称的别名。变量名称也不使用任何内存。

在这种情况下，r指向某个位置，但它应该被存储在内存中

它不需要被存储在内存中。请考虑以下代码：

int i=10;
int &r = a;
int j = r * 3;

编译器可以将r * 3解释为i * 3，就好像你一开始就这样写的一样。所引用对象的位置在编译时已知，因此无需在运行时存储地址。

但是，在其他情况下可能需要存储。例如：考虑具有外部链接的非内联函数的引用参数。当编译函数时，所引用的对象是未知的，因此必须在运行时通过内存传递一些信息。

在引用使用内部表示时只使用const指针

这是不正确的。内部表示可能使用指针，也可能使用其他内容，或者可能根本不需要使用任何东西。

因此，简洁地回答：

引用变量存储在哪里？

这是未指定的。可能是没有地方，也可能是某个地方。

- eerorika

Answer 3

在引用的内部表示中只使用const指针

你从哪里听到这个的？那是不正确的。

标准没有规定如何实现引用。

以下是过于简化的说明

最常见的情况是，编译器在内部有一个符号表，其中存储了所有关于变量的信息。

我们来看一个简单的例子：

int a;
a = 100;

如果编译器可以像这样进行操作（为了简单起见，让a的地址成为已知的固定地址），那么就可以得到以下结果。

| identifier | type | address  |
|------------|------|----------|
| a          | int  | 0xFF00A4 |

然后它可以将C ++代码翻译成类似于这样的内容：

mov 0xFF00A4, 100

让我们在其中添加一个参考文献：

int a;
a = 100;
int& ra = 300;

编译器拥有的符号表：

| identifier | type | address  |
|------------|------|----------|
| a          | int  | 0xFF00A4 |
| ra         | int& | 0xFF00A4 |

或者：

| identifier | type | address  | alias |
|------------|------|----------|-------|
| a          | int  | 0xFF00A4 | -     |
| ra         | int& | -        | a     |

因此，它可以生成如下代码：

mov 0xFF00A4, 100
mov 0xFF00A4, 300

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当您在函数中有一个引用参数时，内部传递的是一个指针。

- bolov

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这并不是特定于引用的；编译器通常会对指针执行这种优化，一旦所有内容都进入SSA形式，实际上没有任何区别。 - Matteo Italia

Answer 4

标准规定：

未指定引用是否需要存储（3.7）。

（C++11，[dcl.ref] ¶4）

这意味着编译器可以根据情况自由选择是否需要任何存储。

现在，让人们说什么都可以，但引用归结为指针的语法糖（即使在编译器级别，在所有主要的 C++ 编译器中，“引用”概念几乎在前端之后立即消失）。因此，在一般情况下，它们可能需要在内存中占用空间，就像指针一样。但是，在像您这样的情况下（局部引用），编译器应该能够了解它们并根据需要对其进行优化。

请注意，这并不是引用的专属 - 编译器甚至可以通过指针执行相同类型的优化（一旦您的代码进入 SSA 形式，引用不能重新设置也没有什么特别的地方）。

这个：

int glob;

void direct() {
    glob = 16; 
}

void through_reference() {
    int &a = glob;
    a = 16;
}

void through_pointer() {
    int *a = &glob;
    *a = 16;
}

归根结底，在我尝试过的任何编译器上，代码始终相同，在gcc.godbolt.org上也是如此- 示例：

direct():
        mov     DWORD PTR glob[rip], 16
        ret
through_reference():
        mov     DWORD PTR glob[rip], 16
        ret
through_pointer():
        mov     DWORD PTR glob[rip], 16
        ret
glob:
        .zero   4

另一方面，当涉及到结构时，情况会变得有些棘手。在这里，编译器被允许摆脱结构实际布局之外的引用（如果它能够重构它们实际指向的内容），而对于指针，情况可能会更加复杂（省略它们将破坏标准布局类的东西）。

实际上，在任何真实世界的编译器中，我从未看到过这种优化的实现。使用gcc或MSVC或Clang等工具，即使是最简单的情况，结构大小也将相等。

- Matteo Italia