C++回顾（二）——const和引用

2.1 C++中的const

2.1.1 C与C++中const的比较

• （1）C语言中的const
  C语言中 const修饰的变量是一个 常变量，本质还是变量，有自己的地址空间。

• （2）C++中的const
  1、C++中 const 变量声明的是一个真正的常量，不是变量，所以编译器不会为该常量分配空间；
  2、const 修饰的常量会被放到“符号表” 中；
  3、对const常量取地址，这一步操作会让编译器为该变量分配空间，分配的空间并不会被a使用；
  4、通过指针改变指向的空间的值，这个空间是编译器为常量分配的空间，但是常量的值并不在这个空间内 所以即使通过指针修改了这个空间的值，也不会影响到 a 本身。

• （3）C++编译器对const常量的处理
  当碰见常量声明时，在符号表中放入常量 ==> 问题：那又如何解释取地址？
  编译过程中若发现对const使用了extern或者&操作符，则给对应的常量分配存储空间（兼容C），但是编译过程中若发现使用常量则直接以符号表中的值替换，即使给该常量分配了空间，也并不使用里面的值。
  

2.1.2 const与#define

• 相同之处
  C++中的const修饰的和#define定义的，是一个真正的常量，而不是C中变量（只读）。在const修饰的常量编译期间，就已经确定下来了

• 不同之处
  （1）const常量是由编译器处理的，提供类型检查和作用域检查
  （2）宏定义由预处理器处理，单纯的文本替换

#include 

using namespace std;

void f()
{
	#define b 100
	const int c = 200;
}

int main()
{
	const int a = 1;     //C++中，const修饰的是常量，存放在符号表中
	//a++;
	int *p = (int *)&a;  //对const修饰的常量取地址，编译器分配了一个整形的长度，并且把数字1填写到对应的内存
	*p = 2;

	cout << a << endl;  //因为a是常量，所以用1替换a

	cout << b << endl;   //作用域不同
	//cout << c << endl; // 会报错

	return 0;
}

2.2 C++中的引用

2.2.1 普通引用

（1）变量名回顾

• 变量名实质上是一段连续存储空间的别名，是一个标号(门牌号)
• 程序中通过变量来申请并命名内存空间，通过变量的名字可以使用存储空间

（2） C++引用概念

• 引用可以看作一个已定义变量的别名
• 引用的语法：Type& name = var;
• 引用在定义的时候必须初始化。

#include 

int main()
{
    // 定义一个int型变量a,在内存中占4个字节，
    // 变量名 a 就代表了这一块内存，或者说 a 是这块内存的别名
    int a = 10; 

    // 定义了一个引用变量 b ，它是 a 的别名，和 a 代表同一块内存空间
    // 对 b 的操作 和 对 a 的操作是一样的
    int& b = a;

    // 改变 b 等于改变了 a
    b = 20; 

    std::cout << " a = " << a << " b = " << b << std::endl;

    // a 与 b 代表同一块内存空间
    std::cout << &a << " " << &b << std::endl;

    return 0;
}

（3） 引用的意义

• 1、引用作为其它变量的别名而存在，因此在一些场合可以代替指针；
• 2、引用相对于指针来说具有更好的可读性和实用性。

#include 

using namespace std;

void swap(int &x, int &y)   //int &x = m;
{
	y = x + y;
	x = y - x;
	y = y - x;
}

int main()
{
	int a = 100;

	int &b = a;     //定义引用b，初始化为a   b是a的别名
	b = 200;        //a = 200

	cout << a << endl;

	int m = 1, n = 2;
	swap(m, n);
	cout << "m = " << m << " n = " << n << endl;

	return 0;
}

（4）引用的本质

• 1. 引用类型是否占内存空间？
  

struct Student
{
    char &a;
    char &b;
};
sizeof(struct Student) ====》 应该是输出 16 个字节（当作指针）

#include 

using namespace std;

struct Test
{
	int &a;
	int &b;
	char &c;      //引用的本质是常指针
};

int main()
{
	int a = 1;
	char ch = 'x';

	int &pa = a;     //引用定义的时候必须要初始化
	char &pc = ch;   //等价于 char *const pc = &ch;
	//int &f;

	cout << sizeof(pa) << endl;   //引用的长度就是其引用的对象的长度
	cout << sizeof(pc) << endl;
	//分析正常语法现象的时候，当做别名来分析，
	//但是分析奇怪的语法现象，需要考虑引用的实现
	cout << sizeof(struct Test) << endl;   
										   
	return 0;
}

•  2. 引用的本质
  

• 引用在C++中的内部实现是一个常指针
  Type& name <====> Type* const name

• 1、C++编译器在编译过程中使用常指针作为引用的内部实现，因此引用所占用的空间大小与指针相同。

• 2、从使用的角度，引用会让人误会其只是一个别名，没有自己的存储空间。这是C++为了实用性而做出的细节隐藏

  当我们使用引用语法的时，我们不去关心编译器引用是怎么做的
  当我们分析奇怪的语法现象的时，我们才去考虑c++编译器是怎么做的

（5）函数返回值为引用

• 返回栈变量（不要返回局部变量的引用）
• 返回全局变量或静态变量

#include 

using namespace std;

int g = 100;

int &f1()
{
	int a = 1;
	//return a;    //不要返回局部变量的引用
	return g;
}

int f2()
{
	return g;
}

int main()
{
	int &b = f1();

	f1() = 1;
	//f2() = 1;   //等价于100 = 1;

	return 0;
}

（6）指针引用

#include 
#include 
#include 

using namespace std;

void Init(char *&s)  //引用指针
{
	s = (char *)malloc(sizeof(char) * 100);
}

int main()
{
	char *s = NULL;

	Init(s);

	strcpy(s, "hello");

	cout << s << endl;

	return 0;
}

2.2.2 常引用

• const & int e 相当于 const int * const e
• 普通引用 相当于 int *const e1
• 当使用常量（字面量）对const引用进行初始化时，C++编译器会为常量值分配空间，并将引用名作为这段空间的别名
• 使用字面量对const引用初始化后，将生成一个只读变量

#include 

int main()
{
    int a = 10; 
    int &b = a;       // 普通引用

    int x = 20; 
    const int& y = x;   // 常引用  让变量y拥有只读属性，不能通过y改变x的值

    // 常引用 初始化 分为 2中情况
    // 1、用变量初始化 常引用
    {   
        int a1 = 20; 
        const int& b1 = a1; // a1 变量去初始化常引用
    }   
    // 2、用常量去初始化常引用
    {   
        const int a  = 40; // C++编译器把a放在符号表中

        // int& b = 41;    // 普通引用，引用一个常量，常量是没有地址空间的，这样的做法是不合法的

        // 使用常量去初始化常引用是合法的,C++编译器会为该引用分配空间，常量的值存储到分配的空间中去
        // 使用常量对 const引用 初始化后，将生成一个只读变量
        const int& b = 42; 

        int *p = (int *)&b;
        *p = 50; 
    
        std::cout << "b = " << b << std::endl;
    }

    return 0;
}