C ++参考 - 它们只是语法糖吗？

Question

C ++参考只是语法糖，还是在某些情况下提供任何加速？

例如，无论如何，按指针调用都涉及到一个副本，并且对于逐个引用调用似乎也是如此。 潜在的机制似乎是相同的。

编辑：经过大约六个答案和许多评论。 我仍然认为参考文献只是合成糖。 如果人们可以直接回答是或否，如果有人可以接受答案？

Answer 1

假设引用为指针：

1. 不能为NULL
2. 一旦初始化，就无法重新指向其他对象

3. 任何使用它的尝试都会隐含地取消引用它：

    int a = 5; int &ra = a; int *pa = &a; ra = 6; (*pa) = 6; 

这里看起来像反汇编：

    int a = 5;
00ED534E  mov         dword ptr [a],5  
    int &ra = a;
00ED5355  lea         eax,[a]  
00ED5358  mov         dword ptr [ra],eax  
    int *pa = &a;
00ED535B  lea         eax,[a]  
00ED535E  mov         dword ptr [pa],eax  

    ra = 6;
00ED5361  mov         eax,dword ptr [ra]  
00ED5364  mov         dword ptr [eax],6  

    (*pa) = 6;
00ED536A  mov         eax,dword ptr [pa]  
00ED536D  mov         dword ptr [eax],6  

从编译器的角度来看，分配给引用与分配给解除引用的指针是一回事。 正如您所看到的，它们之间没有区别（我们现在不讨论编译器优化）但是如上所述，引用不能为空并且对它们包含的内容有更强的保证。

至于我，我更喜欢使用引用，只要我不需要nullptr作为有效值，应该重新定义的值或要传递给不同类型的值（例如指向接口类型的指针）。

Answer 2

引用具有比指针更强的保证，因此编译器可以更积极地进行优化。 我最近看到GCC完全通过函数引用内联多个嵌套调用，但不是通过函数指针的单个嵌套调用（因为它无法证明指针总是指向同一个函数）。

如果引用最终存储在某处，则它通常占用与指针相同的空间。 这并不是说，它将像指针一样被使用：如果编译器知道引用绑定到哪个对象，编译器可能会很好地通过它。

Answer 3

编译器不能假设指针是非null的; 在优化代码时，它必须要么证明指针是非空的，要么发出一个程序来解释它为空的可能性（在明确定义的上下文中）。

同样，编译器也不能假设指针永远不会改变值。 （它也不能假设指针指向一个有效的对象，虽然我很难想象一个在明确定义的上下文中这很重要的情况）

在另一方面，假设引用，作为指针实现，编译器仍然可以假设它是不为空，永远不会改变它指向，并指向一个有效的对象。

Answer 4

引用与指针的不同之处在于，您无法对引用执行某些操作并将其定义为行为。

您不能获取引用的地址，而只能获取引用的地址。 创建后，您无法修改引用。

一个T&和一个T*const （注意const适用于指针，而不是指向那里），它们相对类似。 获取实际const值的地址并对其进行修改是未定义的行为，因为修改（它直接使用的任何存储）引用。

现在，在实践中，您可以获得一个参考存储：

struct foo {
  int& x;
};

sizeof(foo)几乎肯定等于sizeof(int*) 。 但编译器可以自由地忽略直接访问foo字节的人实际可能改变所引用的值的可能性。 这允许编译器一次读取引用“指针”实现，然后再也不读它。 如果我们有struct foo{ int* x; } struct foo{ int* x; }编译器将不得不每次它做了一个证明*fx指针的值没有改变。

如果你有struct foo{ int*const x; } struct foo{ int*const x; }再次启动在其不可改变的表现的参考样（修改被宣布一些const是UB）。

---

我不知道任何编译器编写者使用的技巧是在lambda中压缩引用捕获。

如果你有一个lambda通过引用捕获数据，而不是通过指针捕获每个值，它只能捕获堆栈帧指针。 每个局部变量的偏移量是堆栈帧指针之外的编译时常量。

例外是通过引用捕获的引用，即使引用变量超出范围，在C ++的缺陷报告下也必须保持有效。 所以那些必须由伪指针捕获。

一个具体的例子（如果玩具一个）：

void part( std::vector<int>& v, int left, int right ) {
  std::function<bool(int)> op = [&](int y){return y<left && y>right;};
  std::partition( begin(v), end(v), op );
}

上面的拉姆达可以捕获仅堆栈帧指针，知道left和right是相对于它，减少它的尺寸，而不是捕获2个int S按（基本上指针）参考。

这里我们有[&]隐含的引用，它们的存在比它们通过值捕获的指针更容易被删除：

void part( std::vector<int>& v, int left, int right ) {
  int* pleft=&left;
  int* pright=&right;
  std::function<bool(int)> op = [=](int y){return y<*pleft && y>*pright;};
  std::partition( begin(v), end(v), op );
}

---

引用和指针之间还有一些其他差异。

引用可以延长临时的生命周期。

这在for(:)循环中大量使用。 for(:)循环的定义都依赖于引用生命周期扩展以避免不必要的副本，而for(:)循环的用户可以使用auto&&自动推导出最轻的权重方式来包装迭代对象。

struct big { int data[1<<10]; };

std::array<big, 100> arr;

arr get_arr();

for (auto&& b : get_arr()) {
}

这里引用生命周期扩展小心地防止不必要的副本发生。 如果我们改变make_arr以返回一个arr const&并且它继续工作而没有任何副本。 如果我们更改get_arr以返回一个按值返回big元素的容器（例如，输入迭代器范围），则不会再进行任何不必要的复制。

这在某种意义上是语法糖，但它允许相同的构造在许多情况下是最佳的，而不必根据事物的返回或迭代进行微观优化。

---

类似地，转发引用允许数据被智能地视为const，非const，左值或右值。 临时工具被标记为临时工具，用户不再需要的数据被标记为临时数据，将持久存储的数据标记为左值参考。

这里的优势引用超过了非引用，你可以形成一个临时的rvalue引用，并且你不能形成一个指向那个临时的指针而不通过rvalue引用到左值引用转换。

Answer 5

没有

---

引用不仅仅是语法差异; 它们也有不同的语义 ：

• 引用总是别名现有对象，不像指针可能是nullptr （sentinel值）。
• 引用无法重新定位，它始终指向同一个对象。
• 引用可以延长对象的生命周期，请参阅绑定到auto const&或auto&& 。

因此，在语言层面，引用是它自己的实体。 其余的是实施细节。

Answer 6

过去有效率优势，因为编译器更容易参考优化。 然而，现代编译器已经变得如此优秀，以至于不再有任何优势。

超指针的一个巨大优势参考是引用可以引用寄存器中的值，而指针只能指向内存块。 获取寄存器中的某些内容的地址，然后强制编译器将该值放入普通的内存位置。 这可以在紧密循环中创造巨大的好处。

但是，现代编译器非常好，以至于它们现在可以识别出一个指针，它可以作为所有意图和目的的参考，并将其视为与引用完全相同。 这可能会在调试器中产生相当有趣的结果，您可以在其中使用诸如int* p = &x类的语句，要求调试器打印p的值，只是让它说出“p无法打印”的内容。因为x实际上是在寄存器中，并且编译器将*p视为对x的引用！ 在这种情况下， p实际上没有价值

（但是，如果你试图在p上进行指针运算，那么你就会强制编译器不再优化指针，就像引用一样，并且一切都会变慢）

Answer 7

8.3.2参考文献[dcl.ref]

引用可以被认为是对象的名称

这与保存Object ^**的内存位置地址的变量（不同于引用）的指针不同。 此变量的类型是指向Object的指针。

内部引用可以实现为指针，但标准永远不会保证。

所以回答你的问题：C ++ Reference不是指针的语法糖。 它是否提供任何加速已经得到了深入的回答。

^{******这里的对象是指任何具有内存地址的实例。 甚至指针都是对象，因此函数也是如此（因此我们有嵌套指针和函数指针）。 在类似的意义上，我们没有指向引用，因为它们没有实例化。}