C++引用类型黑技术

比眉伴天荒 2022-12-08 05:25 159阅读 0赞

C/C++语言以它的目标程序质量接近汇编代码而受到专业程序员的喜爱。真编译、本地代码、高质量、高效率，代码运行速度极快。语法简洁，使用灵活，的确是一种优秀的编程语言。

一、为什么引入引用类型

C/C++的另一特点是完备的指针类型，指针(Pointer)的本质其实就是单元的地址，若当初翻译成接地气的“地址类型”更合适。指针可以灵活操纵各种类型，但一些人滥用指针而钻起了牛角尖。C语言的函数只有传值调用，没有传址参数，用指针可以间接实现，但不直观、方便或带来错误，所以，C++引入“引用”类型(Reference)，以解决C语言只有传值调用的缺陷。“引用“类型只是指针类型的补充，两者内部有相似的地方, 有时引用可以简化指针的使用。

二、什么是引用类型

"引用“类型的本质就是用指向的地址表示这个指向单元，单元中存放的是另一变量的地址，访问引用变量就是访问它的指向单元。相当于汇编的间接寻址：\[地址\]，或指针类型的“\*指针”操作。应用类型与指针类型的区别是，“指针”只表示地址，而“应用”表示地址所对应的单元，相当于指针前面加上了“\*”操作符。但C++的引用类型在静态使用时，没有指针方便，令许多人感到“不太满意”。

引用定义时，必须初始化且只能一次，不能改变指向，你没法访问到它自已的地址。int x=5;  int &p=x;   变量p指向x无法改变。p相当于x的别名，正常无法改变这种关系。 所有对p的操作都将作用于x, 如访问&p将访问的是&x, 所以，有人错误地以为p没有分配单元。 其实这应用单元p是存在的，你用c++正常无法访问它而已，你可以用黑办法访问到，可以任意改变p的指向。

三、黑办法可以改变引用的指向

引用象指针类型一样也被分配到单元，可以用两种间接办法访问到，一是用邻居的地址相对地推算它的地址，稍有点不靠谱，但可以试试，试得很成功。这与编译器有关，我用C++Builder6.0，局部变量在栈中分配，可以据相邻的y地址推算或x地址推算出p的地址:  本例中是 (int \*)(&y)\[1\] 或 (int \*)(&x)\[-1\]  。

int x=5; int &p=x; int y=6;   // p指向x, p为值5

(int \*)(&y)\[1\]=&y;                //    黑办法将p指向了y，显示p就可看到值已变成6

这验证了我们上面的判断， 这种办法的实现与编译器有关。C++Builder6.0还可以嵌入汇编指令，这样我们就可以合法访问到p。关键就看你其它版本的c++编译器能不能让你嵌入汇编了。下面两行汇编将引用p的真正地址放到pp单元，我们同样可以任意改变p的指向:

int  x=7;  int  y=123;

int &p=x;    int \*\* pp;     // pp用于存放p的真正地址

asm   \{      lea  eax,  p

mov  pp, eax

\}      // &p原址送入pp

\*pp=&y;         //  将p的地址改指向了y，可以显示p值证实

当然还可以不用pp，在汇编中直接将y的地址送入p中，一样的效果:

asm   \{      lea  eax, y

mov  p, eax

\}     //   &y 送入p 中，p则改指向了y

这个例子说明在嵌入汇编中引用p的符号仍是真正地址，而不是所指向的地址。

结论是C++对引用类型同样分配单元，只是编译器屏蔽了你对它的直接访问。若需要，编译器也可留点后门允许你访问引用原址。

我们这样探讨纯粹是为了钻牛角尖，其实静态引用没有太大的需要，你完全可以用指针取代静态引用。当然，“引用”类型在左值、强制类型赋值等方面可以简化指针的使用。

四、为何静态引用出现“限制”

如果要问为什么C++不能访问应用单元自已？ 这要涉及它增加“应用类型"的目的：是为了函数的传址调用， 而不是为了让你对引用静态使用、发挥。传址调用时，实参的地址送入栈中的形参单元，子程序内是通过对形参的访问透明地转而去访问实参，而不许访问栈中的形参(实参的地址）。编译器故意屏蔽保护了引用单元本身。阻止了对应用单元（形参）本身的访问，不是疏忽，而是精心设计，防止子程序内代码无意中损坏形参中的地址，这样才能不出现副作用，这就是引用类型受到访问限制的原因。