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C++引用是如何工作的？

c++reference
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在使用C++工作了15年后，我发现自己并没有完全理解引用。

class TestClass
{
public:
    TestClass() : m_nData(0)
    {
    }

    TestClass(int n) : m_nData(n)
    {
    }

    ~TestClass()
    {
        cout << "destructor" << endl;
    }

    void Dump()
    {
        cout << "data = " << m_nData << "  ptr = 0x" << hex << this << dec << endl;
    }

private:
    int m_nData;
};

int main()
{
    cout << "main started" << endl;

    TestClass& c = TestClass();
    c.Dump();

    c = TestClass(10);
    c.Dump();

    cout << "main ended" << endl;

    return 0;
}

// prints:
// main started
// data = 0  ptr = 0x0012FF54
// destructor
// data = 10  ptr = 0x0012FF54
// main ended
// destructor

我从这个测试中了解到TestClass实例是在堆栈上创建并由第一个TestClass构造函数初始化（这正确吗？）. 这个实例是什么时候分配的：当main函数被加载还是当引用赋值被执行？它是什么时候销毁的？
在第二个引用赋值之后，对象地址没有改变。这是否意味着析构函数和构造函数适用于同一内存区域？还是内存被释放（动态地？在堆栈上？）然后重新分配？
我知道关于堆栈和堆分配对象的生命周期，它们的构造函数和析构函数，但我无法理解这个程序中具体发生了什么。
编辑：感谢大家。我试图在这个测试中复现其他（更复杂）程序的行为。你们的评论帮助我理解了我的错误和另一个我正在与之斗争的程序...
修正后的代码如下：
int main()
{
    cout << "main started" << endl;
    TestClass t;

    TestClass& c(t);
    c.Dump();

    c = TestClass(10);
    c.Dump();

    cout << "main ended" << endl;
    return 0;
}

注意：2022年6月29日更新：由于丹尼尔·沃克最新的编辑，这个问题看起来像是一堆废话。本人不对此负责。

2
这段代码无法编译。你不能将非 const 引用绑定到临时对象上。 - Oliver Charlesworth
1
有没有不将自动对象放在堆栈上的 C++ 实现？如果有，它们是哪些？ - Jeremy Friesner
你用哪个编译器编译的？它不应该能编译。 - Cheers and hth. - Alf
@Alf P. Steinbach，这不是在Cray上的堆栈，而是一个“堆栈”帧的链表。一些alloca()实现的源代码带有与此兼容性的痕迹。 - Cubbi
2
请保持评论建设性和主题相关。 - Tim Post
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5个回答
5

您的代码存在多个问题，最终将毫无意义。不过，让我们来一步步解决它。

1) 您只能将临时对象绑定到 const 引用上，从而延长其生命周期：

const TestClass & c = TestClass();

2) 现在我们不能使用 dump，因为你没有将其声明为 const：

void Dump() const

3) 说c = TestClass()是一种赋值。然而，c现在是一个常量引用，不能被赋值，因为赋值是非常量的（显然）。我们来绕过这个问题：

const_cast<TestClass&>(c) = TestClass(10);

现在我们已经为临时但扩展的对象c分配了一个新值，一切都是应该的：

main started
data = 0  ptr = 0x0xbfa8219c
destructor
data = 10  ptr = 0x0xbfa8219c
main ended
destructor

指针是相同的，因为只有一个对象，即c引用的（临时）对象。对其进行赋值是一种未定义行为，仅用于此演示目的而已。中间析构函数是第二个临时TestClass(10)的析构函数。
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TestClass& c = TestClass(); // TestClass() temporary doesn't persist beyond this expression.
c.Dump();
< p > TestClass() 创建了一个临时对象，您无法引用它。

const TestClass& c = TestClass();

const 限定符将临时对象的生命周期延长到 c 对象的作用域结束。

2
TestClass& c = TestClass();

这段代码甚至不能编译通过！

试图将临时对象绑定到非const引用会导致编译错误。

然而，你可以将临时对象绑定到const引用：

{
   const TestClass& c = TestClass();
   //use c 
   //....
}//<-------- the temporary will be destroyed here.

在这种情况下，临时对象的生命周期会延长到引用的生命周期，也就是说，当引用变量超出作用域时，临时对象将被销毁，如上所示。
这个在VC++ 2010中编译，带有C4239警告（4级）。 - Alex F
@Alex：这个警告清楚地提到：使用了非标准扩展：'token'：从'type'转换为'type' ..... 你看到粗体字的内容了吗？ - Nawaz
1
有些警告应该被视为错误... MCVC非常宽容。 - AJG85
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1) 你无法获得对临时对象的非const引用。

2) 在代码行c = TestClass(10);中，调用了operator=(...)。

1
一个好的方法是比较指针引用...（在汇编中，引用通常以相同的方式实现，通常使用ebx寄存器）。主要区别在于引用在初始化后是常量...
但是，行const TestClass& c = TestClass();与const TestClass* const pc = &TestClass();平行，因此对象将在堆栈上创建和销毁，pc仍将保持相同的地址。
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