關于“C++中引用不占內存”問題的進一步解釋
本問題的關鍵是一個視角問題。同一個問題，站在C++程序員的角度與站在編譯器開發者的角度來看是不一樣的。
在C++中我們說“引用不占內存”是從C++程序員的角度來看。請看下列程序的運行結果。
- #include <iostream>
- using namespace std;
- int main(int argc, char** argv)
- {
- char c;
- double i;
- double &k = i;
- char &m = c;
- double *p = &i;
- char *q = &c;
- cout << "Result :" << endl;
- cout << " i = " << sizeof(i) << endl;
- cout << " k = " << sizeof(k) << endl;
- cout << " c = " << sizeof(c) << endl;
- cout << " m = " << sizeof(m) << endl;
- cout << " p = " << sizeof(p) << endl;
- cout << " q = " << sizeof(q) << endl;
- return 0;
- }
運行結果為：
- Result :
- i = 8
- k = 8
- c = 1
- m = 1
- p = 4
- q = 4
顯然，對于引用變量k來說，sizeof(k)的結果為8，sizeof(m)的結果為1，這樣的結果實際是被引用對象所占內存的大小，k引用的是double類型，所以占8個字節;m引用的是char類型，所以占1個字節。這與指針變量完全不同，從運行結果可以看出，不論指針變量指向的數據類型是什么，指針變量(p、q)均占用4個字節。進一步可以用C++程序證明，對于引用變量的處理直接操作的對象就是被引用對象。所以從C++的角度來說，引用本身不會為變量開辟新的存儲空間，引用只是為實際對象起了一個別名。
C++程序不能在計算機上直接運行，必須經過編譯器將C++程序編譯生成匯編程序，從編譯的角度來看，C++編譯器對引用的處理與對于指針的處理是相同的，均是為變量分配一個對應的內存空間。所以，站在編譯器開發者的角度來看，在編譯器中要實現引用就必須要為引用變量分配一個內存空間。
所以兩個視角不能混淆。
為了更深入解釋，我們可以在DEV C++環境中運行下列C++程序。
- #include <iostream>
- using namespace std;
- int main(int argc, char** argv)
- {
- int i = 5;
- int j = 6;
- int &k = i;
- int *p = &i;
- i = j;
- k = j;
- i = k;
- &k = j; // 編譯錯誤，無法通過
- cout << "運行結果:" << endl;
- cout << " i = " << i << endl;
- cout << " &i = " << &i << endl;
- cout << " j = " << j << endl;
- cout << " k = " << k << endl;
- cout << " &k = " << &k << endl;
- cout << " p = " << p << endl;
- cout << " &p = " << &p << endl;
- return 0;
- }
運行結果：
- i = 6
- &i = 0x22fe98
- j = 6
- &j = 0x22fe94
- k = 6
- &k = 0x22fe98
- p = 0x22fe98
- &p = 0x22fe90
上述C++程序對應的匯編代碼如下：
- 0x00401576 <+86>: mov DWORD PTR [ebp-0x20],0x5
; 語句i = 5。ebp=0x22feb8
- 0x0040157d <+93>: mov DWORD PTR [ebp-0x24],0x6
; 語句j = 6
- 0x00401584 <+100>:lea eax,[ebp-0x20]
; 語句&k = i。eax=0x22fe98
- 0x00401587 <+103>:mov DWORD PTR [ebp-0x1c],eax
- 0x0040158a <+106>: lea eax,[ebp-0x20]
; 語句p = &i。eax=0x22fe98
- 0x0040158d <+109>:mov DWORD PTR [ebp-0x28],eax
- 0x00401590 <+112>:mov eax,DWORD PTR [ebp-0x24]
; 語句i = j。eax=0x6
- 0x00401593 <+115>:mov DWORD PTR [ebp-0x20],eax
- 0x00401596 <+118>:mov edx,DWORD PTR [ebp-0x24]
; 語句k = j。
- 0x00401599 <+121>:mov eax,DWORD PTR [ebp-0x1c]
- 0x0040159c <+124>: mov DWORD PTR [eax],edx
- 0x0040159e <+126>: mov eax,DWORD PTR [ebp-0x1c]
; 語句i = k。
- 0x004015a1 <+129>: mov eax,DWORD PTR [eax]
- 0x004015a3 <+131>: mov DWORD PTR [ebp-0x20],eax
- 0x004015a6 <+134>: mov eax,DWORD PTR [ebp-0x28]
; 語句*p = j。
- 0x004015a9 <+137>: mov edx,DWORD PTR [ebp-0x24]
- 0x004015ac <+140>: mov DWORD PTR [eax],edx
- 0x004015ae <+142>: mov eax,DWORD PTR [ebp-0x20]
; 下一條語句
- 0x004015b1 <+145>: ……
通過分析可以看到，整型變量i在內存中分配的絕對地址為0x22fe98，相對地址為ebp-0x20;整型變量j的絕對地址為0x22fe94，相對地址為ebp-0x24;指針變量p的絕對地址為0x22fe90，相對地址為ebp-0x28;引用變量k在內存中相對地址為ebp-0x1c。注意：在C++程序員的視角中是無法得到引用變量k在內存中的地址。變量在內存中地址分配關系見下表。
將C++程序與對應的匯編指令相對照。語句“&k = i”對應的匯編語句是<+100>和<+103>，編譯為引用變量k分配了內存單元，且保存的是變量i的地址，語句“p = &i”的匯編語句是<+106>和<+109>，編譯為指針變量p分配了內存單元，且保存的是變量i的地址，兩個語句對應的匯編是一樣的，都是在變量對應的單元中保存了相關對象的地址。
語句“k = j”對應的匯編語句是<+118>、<+121>和<+124>，語句“*p = j” 對應的匯編語句是<+134>、<+137>和<+140>，兩相對照，生成的匯編指令沒有本質區別，可以認為是完全等價的。因此可以得出結論，通過編譯之后，生成的最終代碼在匯編級對于引用變量和指針變量的處理是相同的。
在C++的視角來看，引用變量與指針變量是不同的。指針變量是一個實體，在運行過程中可以改變;而引用僅是某個變量的別名，引用變量在被創建的同時必須被初始化，且在運行過程中不能被再次改變。
在我們給出的上述源程序示例中，語句“&k = j;”是無法通過編譯。因此可以認為，C++語言中對于引用型變量的限制是由編譯器本身限制的。
