我想知道引用是如何在内部存储的？我觉得对这个层次有深入的理解，将使我更好地理解指针与引用的概念，并做出正确的决策选择。
我怀疑它的工作原理与指针基本相同，但编译器负责处理指针。请给予建议。
C++中引用是如何内部存储的？
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- howtechstuffworks
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6“我感觉只有深入理解指针和引用的概念，才能更好地理解它们之间的区别。”“我觉得那并没有什么帮助。” - Mr.Anubis
1你可以尝试这个链接：http://eetimes.com/discussion/programming-pointers/4023307/References-vs-Pointers - Vlad
1指针和引用是访问远程/不同内存位置的一种方式。使用指针时，这是显式的。您知道您正在指向某些东西，因此必须小心。使用引用时，编译器会为您处理内部操作。因此，指针-> 显式，引用-> 隐式。它们之间还有更多的区别，但这是基本区别。 - prathmesh.kallurkar
1可能是如何使用C++引用和引用是如何在内部实现的?的重复问题。 - jww
@tripleee - 你能否帮忙审核一下这个关闭的问题吗？ - jww
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3个回答
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没有要求引用必须以任何方式“存储”。就语言而言，引用只是某个现有对象的别名，这是任何编译器必须提供的全部内容。
如果引用只是某个已经在作用域内的其他对象的简写，或者带有引用参数的函数被内联，那么完全可以不需要存储任何东西。
在需要显式表示引用的情况下（例如在调用不同翻译单元中的函数时），您可以将 T & x 实际实现为 T * const，并将每个出现的 x 视为隐式解引用该指针。即使在更高级别上，您也可以认为 T & x = y; 和 T * const p = &y;（相应地是 x 和 *p）本质上是等效的，因此这将是实现引用的一种明显方式。
但是当然没有要求，任何实现都可以自由地做任何它想做的事情。
如果引用只是某个已经在作用域内的其他对象的简写，或者带有引用参数的函数被内联，那么完全可以不需要存储任何东西。
在需要显式表示引用的情况下（例如在调用不同翻译单元中的函数时），您可以将 T & x 实际实现为 T * const，并将每个出现的 x 视为隐式解引用该指针。即使在更高级别上，您也可以认为 T & x = y; 和 T * const p = &y;（相应地是 x 和 *p）本质上是等效的，因此这将是实现引用的一种明显方式。
但是当然没有要求，任何实现都可以自由地做任何它想做的事情。
- Kerrek SB
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我明白了。从你的帖子中，我认为你是在说，使用引用时，不需要分配任何额外的变量，只需将名称添加到您正在维护的变量表中（尽管这是我的假设）。我不知道C ++现在如何工作，但如果我实现一个新的面向对象编程语言，我仍然可以确保在内存中不分配任何额外的变量，只需记住变量'a'有另一个名字叫“a_ref”？？？？我理解得对吗？ - howtechstuffworks
1只要引用仅涉及本地或成员范围变量，那么是的。 - Puppy
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引用和指针在编译器内部都是别名，对待方式相同。
但是从用户的角度来看，两者之间存在几个微妙的差异。
其中一些主要的区别包括：
- 指针可以是
NULL，而引用不能。不存在所谓的NULL引用。 const引用可以延长与其绑定的临时对象的生命周期，这在指针中没有类似物。
此外，引用与const指针（而不是指向常量的指针）有一些共同点：
- 必须在创建时初始化引用。
- 引用永久绑定到单个存储位置，不能在以后重新绑定。
如果你知道你有一个对象需要引用，并且永远不想引用其他任何东西，请使用引用，否则请使用指针。
- Alok Save
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5如果你瞄准得当，你会自己打到脚上。 - Captain Giraffe
2@SigTerm 这本来就是未定义行为。 - Etienne de Martel
4@SigTerm 我没有什么可证明的，只需要去读一下标准。问题出在
*((int*)0) 上：你正在解引用一个空指针。你很幸运它没有立即崩溃。如果它没有崩溃，那么是的，你总是可以将其绑定到引用，但这并不能改变一开始解引用指针就是未定义行为这个事实。 - Etienne de Martel2@SigTerm，我没想到我居然要为这么显而易见的事情引用标准。 - Etienne de Martel
2@SigTerm：请停止争论不存在的愚蠢问题。你添加了一个根本不正确的参数，许多用户告诉你为什么它是错误的，如果你仍然想争辩它的有效性，你应该提出一份标准的反驳证明你的观点，否则你应该接受错误并从中学习，继续前进。在我看来，这应该是在这里的整个目的，学习和改善自己，同时试图帮助他人。为了争论而争论是毫无意义的，请成熟或者如果你已经成熟，请改变态度。 - Alok Save
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很抱歉要用汇编来解释这个问题，但我认为这是理解编译器如何实现引用的最佳方式。
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
int i = 10;
int *ptrToI = &i;
int &refToI = i;
cout << "i = " << i << "\n";
cout << "&i = " << &i << "\n";
cout << "ptrToI = " << ptrToI << "\n";
cout << "*ptrToI = " << *ptrToI << "\n";
cout << "&ptrToI = " << &ptrToI << "\n";
cout << "refToNum = " << refToI << "\n";
//cout << "*refToNum = " << *refToI << "\n";
cout << "&refToNum = " << &refToI << "\n";
return 0;
}
这段代码的输出结果如下：
i = 10
&i = 0xbf9e52f8
ptrToI = 0xbf9e52f8
*ptrToI = 10
&ptrToI = 0xbf9e52f4
refToNum = 10
&refToNum = 0xbf9e52f8
让我们来看一下反汇编（我使用的是GDB。这里的8、9和10是代码的行号）
8 int i = 10;
0x08048698 <main()+18>: movl $0xa,-0x10(%ebp)
这里$0xa是我们要分配给i的十进制数10。 -0x10(%ebp)表示ebp寄存器的内容减去16(decimal)。 -0x10(%ebp)指向堆栈上i的地址。
9 int *ptrToI = &i;
0x0804869f <main()+25>: lea -0x10(%ebp),%eax
0x080486a2 <main()+28>: mov %eax,-0x14(%ebp)
将i的地址分配给ptrToI。 ptrToI再次位于堆栈上，位于地址-0x14（%ebp），即ebp - 20（十进制）。
10 int &refToI = i;
0x080486a5 <main()+31>: lea -0x10(%ebp),%eax
0x080486a8 <main()+34>: mov %eax,-0xc(%ebp)
现在注意！比较第9行和第10行的反汇编代码，您会发现第10行中的
-0x14（%ebp）被-0xc（%ebp）所替换。 -0xc（%ebp）是refToNum的地址。 它在堆栈上分配。 但您永远无法从您的代码中获取此地址，因为无需知道该地址。所以，引用确实占用内存。 在这种情况下，它是堆栈内存，因为我们将其分配为局部变量。 它占用多少内存？与指针占用的一样多。
现在让我们看看如何访问引用和指针。 为简单起见，我只显示了部分汇编片段。
16 cout << "*ptrToI = " << *ptrToI << "\n";
0x08048746 <main()+192>: mov -0x14(%ebp),%eax
0x08048749 <main()+195>: mov (%eax),%ebx
19 cout << "refToNum = " << refToI << "\n";
0x080487b0 <main()+298>: mov -0xc(%ebp),%eax
0x080487b3 <main()+301>: mov (%eax),%ebx
现在比较上面的两行代码，你会发现它们非常相似。
-0xc(%ebp) 是 refToI 的实际地址，但你永远无法直接访问它。简单来说，如果你把引用想成一个普通指针，那么访问引用就像获取引用指向的地址中的值。这意味着下面的两行代码将给出相同的结果。cout << "Value if i = " << *ptrToI << "\n";
cout << " Value if i = " << refToI << "\n";
现在来比较一下。
15 cout << "ptrToI = " << ptrToI << "\n";
0x08048713 <main()+141>: mov -0x14(%ebp),%ebx
21 cout << "&refToNum = " << &refToI << "\n";
0x080487fb <main()+373>: mov -0xc(%ebp),%eax
我想你能够看出这里发生了什么。如果你请求&refToI，那么将返回-0xc(%ebp)地址位置的内容，-0xc(%ebp)是refToi所在的位置，它的内容就是i的地址。
最后一件事，为什么这行代码被注释掉了？
//cout << "*refToNum = " << *refToI << "\n";
因为
*refToI是不允许的，这会导致编译时出错。- Prasad Rane
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