C++语言中引用机制的实现分析

C++语言中引用机制的实现分析

原文地址：http://blog.sina.com.cn/s/blog_6fd68d5f0100n5zy.html

一案例代码（VS2005 C++环境下调试）

#include <stdio.h>int&  RefFun(int& n)//通过引用传递参数{n++;return n;}int ValueFun(int n)//通过变量值传递参数{n++;return n;}int main(int argc,char* argv[]){int a=10;int& x=a;//引用变量初始化int* pInt=&a;//取普通变量的地址int* pref=&x;//取引用变量的地址（其实获取的并不是引用变量的地址，而是被引用变量a的地址)int& b=RefFun(a);//函数返回引用，并将引用的别名赋值给引用变量int c=RefFun(a);//函数返回引用,并将引用变量的值赋值给整数变量int d=ValueFun(a);//函数返回变量值，printf("a=%d,b=%d,c=%d\n",a,b,c);return 0;}

二 对上面的Main函数反汇编代码分析

注：

1）以下是在VS2005下，使用C++工程进行调试（切换到反汇编模式）显示的代码；

2）每行源代码下面为其对应的汇编代码；

3）读者也可以在自己的VS2005开发平台下进行反汇编分析！

反汇编分析代码如下：

int main(int argc,char* argv[]){00411430  push        ebp  00411431  mov         ebp,esp 00411433  sub         esp,114h 00411439  push        ebx  0041143A  push        esi  0041143B  push        edi  0041143C  lea         edi,[ebp-114h] 00411442  mov         ecx,45h 00411447  mov         eax,0CCCCCCCCh 0041144C  rep stos    dword ptr es:[edi] int a=10;//对应的汇编代码：立即数寻址，给变量a赋值10，注意：dwordptr[a]为变量a的地址0041144E  mov         dword ptr [a],0Ah int& x=a;//引用变量初始化:其实质就是保存变量a的地址值到引用变量的内存单元！00411455  lea         eax,[a] 00411458  mov         dword ptr [x],eax int* pInt=&a;//取普通变量的地址0041145B  lea         eax,[a] //[a]表示变量a的地址；0041145E  mov         dword ptr [pInt],eax //变量a的地址保存到指针变量pInt中：这也是指针变量的原理；//下面的代码取引用变量的地址值，在实际很少用到该方式，在这里仅用于案例说明int* pref=&x;//取引用变量的地址（其实获取的并不是引用变量的地址，而是被引用变量a的地址)00411461  mov         eax,dword ptr [x] //取引用变量内存单元保存的值（不是引用变量地址）00411464  mov         dword ptr [pref],eax //引用变量内存单元值保存到指针变量；

//对上面两行源代码的汇编分析补充：

//1）[x]表示引用变量x内存单元地址,dwordptr[x]：表示内存单元X保存的值（实际是一个地址值，实际指向被引用的变量a的值）；

//2)引用变量的实现秘密：引用变量在内部实现其实就是一个常量指针变量;

//3)分析上面取普通变量地址，与取引用的地址内部实现机理是不一样的；

int& b=RefFun(a);//函数返回引用，并将引用的别名赋值给引用变量00411467  lea         eax,[a] //取变量a地址到EAX0041146A  push        eax //变量a的地址为：0x411159h0041146B  call        RefFun (411159h) //引用传递变量地址（指针）--引用实现的内部秘密！00411470  add         esp,4 00411473  mov         dword ptr [b],eax //EAX返回的为变量a的地址：实际为变量a的地址（初始化引用变量b）int c=RefFun(a);//函数返回引用,并将引用变量的值赋值给整数变量00411476  lea         eax,[a] 00411479  push        eax  //变量a的地址入栈（传递给函数的引用参数实际是变量的地址）0041147A  call        RefFun (411159h) 0041147F  add         esp,4 00411482  mov         ecx,dword ptr [eax] 00411484  mov         dword ptr [c],ecx int d=ValueFun(a);//函数返回变量值，00411487  mov         eax,dword ptr [a] //取变量a的值送到EAX寄存器0041148A  push        eax  //变量a的值入栈（传递给函数：ValueFun）；0041148B  call        ValueFun (4110DCh) 00411490  add         esp,4 00411493  mov         dword ptr [d],eax printf("a=%d,b=%d,c=%d\n",a,b,c);00411496  mov         esi,esp 00411498  mov         eax,dword ptr [c] 0041149B  push        eax  0041149C  mov         ecx,dword ptr [b] 0041149F  mov         edx,dword ptr [ecx] 004114A1  push        edx  004114A2  mov         eax,dword ptr [a] 004114A5  push        eax  004114A6  push        offset string "a=%d,b=%d,c=%d\n" (41563Ch) 004114AB  call        dword ptr [__imp__printf (4182B8h)] 004114B1  add         esp,10h 004114B4  cmp         esi,esp 004114B6  call        @ILT+305(__RTC_CheckEsp) (411136h) return 0;004114BB  xor         eax,eax }

三代码实现分析---变量值传递参数&引用传递参数的区别

1对上面案例代码引用传递参数的RefFun分析--反汇编分析

int&  RefFun(int& n)//通过引用传递参数{004113A0  push        ebp  004113A1  mov         ebp,esp 004113A3  sub         esp,0C0h 004113A9  push        ebx  004113AA  push        esi  004113AB  push        edi  004113AC  lea         edi,[ebp-0C0h] 004113B2  mov         ecx,30h 004113B7  mov         eax,0CCCCCCCCh 004113BC  rep stos    dword ptr es:[edi] n++;//简单的一个加1对应5行汇编代码（下面的传值函数，只有3行，这是区别所在）//下面为对应的汇编代码,注意与下面函数ValueFun通过变量值传递参数的方式区别：004113BE  mov         eax,dword ptr [n] //eax保存传递过来引用变量的地址值004113C1  mov         ecx,dword ptr [eax] //取到传递过来的变量值004113C3  add         ecx,1 004113C6  mov         edx,dword ptr [n] //引用变量的地址保存到EDX004113C9  mov         dword ptr [edx],ecx //保存加1后的结果；return n;//由于变量n保存的为变量的地址，因此这里返回的是传递进来的地址值(区别于传值)004113CB  mov         eax,dword ptr [n] }

2对上面案例代码引用传递参数的ValueFun分析--反汇编分析

int ValueFun(int n)//通过变量值传递参数{004113F0  push        ebp  004113F1  mov         ebp,esp 004113F3  sub         esp,0C0h 004113F9  push        ebx  004113FA  push        esi  004113FB  push        edi  004113FC  lea         edi,[ebp-0C0h] 00411402  mov         ecx,30h 00411407  mov         eax,0CCCCCCCCh 0041140C  rep stos    dword ptr es:[edi] n++;//对应的汇编代码（只有3行汇编代码，比上面的引用传递参数，相对简单）：0041140E  mov         eax,dword ptr [n] //dwordptr[n]为栈上的临时变量n的地址；00411411  add         eax,1 00411414  mov         dword ptr [n],eax return n;//对应的汇编代码：返回的是栈上变量的值（这一点区别于引用，引用返回地址）00411417  mov         eax,dword ptr [n] }

四 引用的实现秘密

通过对上面二，三章代码的反汇编代码的实现分析，对于引用变量的内部实现，可以得出如下结论：
1）引用的内部实现为相当于一个指针变量，与指针的实现方式类似；
2）引用变量内存单元保存的指向变量地址（初始化时赋值），与指针不同地方时，引用变量在定义时必须初始化，而且使用过程中，引用变量保存的内存单元地址值是不能改变的（这一点通过编译器来实现保证）；
3）引用也可以进行取地址操作，但是取地址操作返回的不是引用变量所在的内存单元地址，而是被引用变量本身所在的内存单元地址；
4）引用的使用，在源代码级相当于普通的变量一样使用，但在函数参数传递引用变量时，内部传递的实际是变量的地址值（这种机制的实现是通过编译器（编译手段）来实现的）。