C 中的引用实际上是如何实现的？

跨编译器和配置的引用实现

C 中的引用是一个强大的功能，可以高效地访问超出变量范围的内存。但它们实际上是如何实现的呢？

标准建议和实现差异

C 标准没有强制要求特定的实现以供参考。但是，编译器通常遵循某些准则：

• 引用通常实现为指向所引用对象的指针。
• 引用可以引用局部变量和全局变量。
• 指针和引用通常可以互换。

示例程序和编译器输出

为了演示引用的内部实现，请考虑以下程序：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int byref(int &amp;foo) { printf("%d\n", foo); }
int byptr(int *foo) { printf("%d\n", *foo); }

int main() {
  int aFoo = 5;
  byref(aFoo);
  byptr(&amp;aFoo);
}

在禁用 LLVM 和优化的情况下编译此程序会生成相同的汇编代码byref 和 byptr 函数：

define i32 @_Z5byrefRi(i32* %foo) {
  %foo_addr = alloca i32*                         ; <i32**> [#uses=2]
  %retval = alloca i32                            ; <i32*> [#uses=1]
  %"alloca point" = bitcast i32 0 to i32          ; <i32> [#uses=0]
  store i32* %foo, i32** %foo_addr
  %0 = load i32** %foo_addr, align 8              ; <i32*> [#uses=1]
  %1 = load i32* %0, align 4                      ; <i32> [#uses=1]
  %2 = call i32 (i8*, ...)* @printf(i8* noalias getelementptr inbounds ([4 x i8]* @.str, i64 0, i64 0), i32 %1) ; <i32> [#uses=0]
  br label %return

return:                                           ; preds = %entry
  %retval1 = load i32* %retval                    ; <i32> [#uses=1]
  ret i32 %retval1
}

define i32 @_Z5byptrPi(i32* %foo) {
  %foo_addr = alloca i32*                         ; <i32**> [#uses=2]
  %retval = alloca i32                            ; <i32*> [#uses=1]
  %"alloca point" = bitcast i32 0 to i32          ; <i32> [#uses=0]
  store i32* %foo, i32** %foo_addr
  %0 = load i32** %foo_addr, align 8              ; <i32*> [#uses=1]
  %1 = load i32* %0, align 4                      ; <i32> [#uses=1]
  %2 = call i32 (i8*, ...)* @printf(i8* noalias getelementptr inbounds ([4 x i8]* @.str, i64 0, i64 0), i32 %1) ; <i32> [#uses=0]
  br label %return

return:                                           ; preds = %entry
  %retval1 = load i32* %retval                    ; <i32> [#uses=1]
  ret i32 %retval1
}

在此汇编代码中，两个函数使用相同的指令来加载和取消引用输入变量富。这表明编译器在底层以类似的方式对待引用和指针。

结论

引用和指针是 C 中密切相关的概念。虽然标准没有规定具体的实现，但编译器通常将引用实现为指针。这允许高效且可互换地使用引用和指针来访问变量范围之外的内存。

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