C ++參考 - 它們只是語法糖嗎？

Question

C ++參考只是語法糖，還是在某些情況下提供任何加速？

例如，無論如何，按指針調用都涉及到一個副本，並且對於逐個引用調用似乎也是如此。 潛在的機制似乎是相同的。

編輯：經過大約六個答案和許多評論。 我仍然認為參考文獻只是合成糖。 如果人們可以直接回答是或否，如果有人可以接受答案？

Answer 1

假設引用為指針：

1. 不能為NULL
2. 一旦初始化，就無法重新指向其他對象

3. 任何使用它的嘗試都會隱含地取消引用它：

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

這里看起來像反匯編：

    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  

從編譯器的角度來看，分配給引用與分配給解除引用的指針是一回事。 正如您所看到的，它們之間沒有區別（我們現在不討論編譯器優化）但是如上所述，引用不能為空並且對它們包含的內容有更強的保證。

至於我，我更喜歡使用引用，只要我不需要nullptr作為有效值，應該重新定義的值或要傳遞給不同類型的值（例如指向接口類型的指針）。

Answer 2

引用具有比指針更強的保證，因此編譯器可以更積極地進行優化。 我最近看到GCC完全通過函數引用內聯多個嵌套調用，但不是通過函數指針的單個嵌套調用（因為它無法證明指針總是指向同一個函數）。

如果引用最終存儲在某處，則它通常占用與指針相同的空間。 這並不是說，它將像指針一樣被使用：如果編譯器知道引用綁定到哪個對象，編譯器可能會很好地通過它。

Answer 3

編譯器不能假設指針是非null的; 在優化代碼時，它必須要么證明指針是非空的，要么發出一個程序來解釋它為空的可能性（在明確定義的上下文中）。

同樣，編譯器也不能假設指針永遠不會改變值。 （它也不能假設指針指向一個有效的對象，雖然我很難想象一個在明確定義的上下文中這很重要的情況）

在另一方面，假設引用，作為指針實現，編譯器仍然可以假設它是不為空，永遠不會改變它指向，並指向一個有效的對象。

Answer 4

引用與指針的不同之處在於，您無法對引用執行某些操作並將其定義為行為。

您不能獲取引用的地址，而只能獲取引用的地址。 創建后，您無法修改引用。

一個T&和一個T*const （注意const適用於指針，而不是指向那里），它們相對類似。 獲取實際const值的地址並對其進行修改是未定義的行為，因為修改（它直接使用的任何存儲）引用。

現在，在實踐中，您可以獲得一個參考存儲：

struct foo {
  int& x;
};

sizeof(foo)幾乎肯定等於sizeof(int*) 。 但編譯器可以自由地忽略直接訪問foo字節的人實際可能改變所引用的值的可能性。 這允許編譯器一次讀取引用“指針”實現，然后再也不讀它。 如果我們有struct foo{ int* x; } struct foo{ int* x; }編譯器將不得不每次它做了一個證明*fx指針的值沒有改變。

如果你有struct foo{ int*const x; } struct foo{ int*const x; }再次啟動在其不可改變的表現的參考樣（修改被宣布一些const是UB）。

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我不知道任何編譯器編寫者使用的技巧是在lambda中壓縮引用捕獲。

如果你有一個lambda通過引用捕獲數據，而不是通過指針捕獲每個值，它只能捕獲堆棧幀指針。 每個局部變量的偏移量是堆棧幀指針之外的編譯時常量。

例外是通過引用捕獲的引用，即使引用變量超出范圍，在C ++的缺陷報告下也必須保持有效。 所以那些必須由偽指針捕獲。

一個具體的例子（如果玩具一個）：

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 );
}

上面的拉姆達可以捕獲僅堆棧幀指針，知道left和right是相對於它，減少它的尺寸，而不是捕獲2個int S按（基本上指針）參考。

這里我們有[&]隱含的引用，它們的存在比它們通過值捕獲的指針更容易被刪除：

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 );
}

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引用和指針之間還有一些其他差異。

引用可以延長臨時的生命周期。

這在for(:)循環中大量使用。 for(:)循環的定義都依賴於引用生命周期擴展以避免不必要的副本，而for(:)循環的用戶可以使用auto&&自動推導出最輕的權重方式來包裝迭代對象。

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

std::array<big, 100> arr;

arr get_arr();

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

這里引用生命周期擴展小心地防止不必要的副本發生。 如果我們改變make_arr以返回一個arr const&並且它繼續工作而沒有任何副本。 如果我們更改get_arr以返回一個按值返回big元素的容器（例如，輸入迭代器范圍），則不會再進行任何不必要的復制。

這在某種意義上是語法糖，但它允許相同的構造在許多情況下是最佳的，而不必根據事物的返回或迭代進行微觀優化。

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類似地，轉發引用允許數據被智能地視為const，非const，左值或右值。 臨時工具被標記為臨時工具，用戶不再需要的數據被標記為臨時數據，將持久存儲的數據標記為左值參考。

這里的優勢引用超過了非引用，你可以形成一個臨時的rvalue引用，並且你不能形成一個指向那個臨時的指針而不通過rvalue引用到左值引用轉換。

Answer 5

沒有

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引用不僅僅是語法差異; 它們也有不同的語義 ：

• 引用總是別名現有對象，不像指針可能是nullptr （sentinel值）。
• 引用無法重新定位，它始終指向同一個對象。
• 引用可以延長對象的生命周期，請參閱綁定到auto const&或auto&& 。

因此，在語言層面，引用是它自己的實體。 其余的是實施細節。

Answer 6

過去有效率優勢，因為編譯器更容易參考優化。 然而，現代編譯器已經變得如此優秀，以至於不再有任何優勢。

超指針的一個巨大優勢參考是引用可以引用寄存器中的值，而指針只能指向內存塊。 獲取寄存器中的某些內容的地址，然后強制編譯器將該值放入普通的內存位置。 這可以在緊密循環中創造巨大的好處。

但是，現代編譯器非常好，以至於它們現在可以識別出一個指針，它可以作為所有意圖和目的的參考，並將其視為與引用完全相同。 這可能會在調試器中產生相當有趣的結果，您可以在其中使用諸如int* p = &x類的語句，要求調試器打印p的值，只是讓它說出“p無法打印”的內容。因為x實際上是在寄存器中，並且編譯器將*p視為對x的引用！ 在這種情況下， p實際上沒有價值

（但是，如果你試圖在p上進行指針運算，那么你就會強制編譯器不再優化指針，就像引用一樣，並且一切都會變慢）

Answer 7

8.3.2參考文獻[dcl.ref]

引用可以被認為是對象的名稱

這與保存Object ^**的內存位置地址的變量（不同於引用）的指針不同。 此變量的類型是指向Object的指針。

內部引用可以實現為指針，但標准永遠不會保證。

所以回答你的問題：C ++ Reference不是指針的語法糖。 它是否提供任何加速已經得到了深入的回答。

^{******這里的對象是指任何具有內存地址的實例。 甚至指針都是對象，因此函數也是如此（因此我們有嵌套指針和函數指針）。 在類似的意義上，我們沒有指向引用，因為它們沒有實例化。}