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C++中引用和匿名对象的理解和本质剖析

沙米笔记
 沙米笔记
发布于 2016/04/10 20:09
字数 1512
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        大家对C++的引用应该都不陌生吧,抱着既要知其然,也要知其所以然的态度。

        下面将按照是什么?怎么用?为什么需要?本质剖析的流程来想大家一一描述。

引用时什么?

        引用其实就是给变量起的一个别名,使用这个别名跟使用变量名没有区别。

        那什么又是变量名呢?

        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),编译器通过变量来申请并命名内存空间,程序员可以通过变量的名字可以使用存储空间。

        也可以这样理解,变量名是逻辑概念,变量是物理层面,变量含数据类型和数据值,数据类型决定内存的分配,编译器将变量名和变量对应的内存联系起来,使程序员可以通过变量名来操作内存。

引用怎么用?

      语法:Type& name = var;

      规则:1、普通引用在声明时必须用其它的变量进行初始化

                2、引用作为函数参数声明时不进行初始化(后面将通过引用本质来解释原因)

为什么需要引用?

        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

        引用为java等高级的语言程序员提供了很大便利,其不需要了解C++中的指针,只需要按照以前的习惯来使用就可以。

引用的本质剖析(很重要!!)

        1、引用其实是个常量,证明如下  

int main()
{
	int a = 1;
	//int& b;   C++编译器提示:错误“b”,必须初始化引用-->说明引用是个常量
	int& b = a;
}

       说明: 必须初始化引用-->说明引用是个常量       

        2、引用其实也是个指针,证明如下            

struct teacher
{
	int age;		//4个字节
	teacher& m_techer;	
};

struct student
{
	int age;               //4个字节
	short& weight;
};

int main()
{
	cout<<"sizeof(teacher):"<<sizeof(teacher)<<endl; /*输出sizeof(teacher):8-->说明m_techer的
	                                                    引用占4个字节*/
	cout<<"sizeof(student):"<<sizeof(student)<<endl; /*输出sizeof(student):8-->说明weight的引
	                                                    用占4个字节*/
	system("pause");
	return 0;
}

        说明:从上面teacher&和short&的两个引用中占用的4个字节(32位系统),可以推断出引用其实是个指针。

        根据1、2的结论可以推断出引用其实是个指针常量或者是常量指针,下面进一步证明。

        3、引用其实是个指针常量 ,证明如下

int main()
{
	int a =10;
	int m = 22;

	int& b = a;
	&b = &m;      /*疑问:  b是引用,引用是个指针,指针赋值为什么还要在取地址符&b
	                    (因为编译器在我们使用引用时,自动给引用披上了间接引用的外衣即:*b)
       		        编译错误 “=”: 左操作数必须为左值-->引用是个指针常量,不能修改
       		          其指针的指向。*/
	
	system("pause");
	return 0;
}

        说明:引用是个指针常量。下面会说出C++编译器是怎么在C语言的基础上加入引用机制的。

        4、C++编译器在C语言的基础上加入引用机制

    

    说明:1、声明引用时,C语言将引用声明的是指针常量。(为啥要初始化引用原因)

               2、引用使用,C语言隐藏了对常指针自动间接引用,让我们完全不用了解指针

               3、初始化引用时,C语言隐藏了对变量的取地址符&操作,让我们感觉是在直接给变量起别名

    应用的剖析到此就结束了,下面我们来说说匿名对象吧。

 

什么是匿名对象

    匿名对象可以理解为是一个临时对象,一般系统自动生成的,如你的函数返回一个对象,这个对象在返回时会生成一个临时对象。

匿名对象的生命周期(很重要!!!)

class Cat
{
public:
	Cat()
	{
		cout<<"Cat类 无参构造函数"<<endl;
	}

	Cat(Const Cat& obj)
	{
		cout<<"Cat类 拷贝构造函数"<<endl;
	}

	~Cat()
	{
		cout<<"Cat类 析构函数 "<<endl;
	}

};

void playStage() //一个舞台,展示对象的生命周期
{
	Cat();             /*在执行此代码时,利用无参构造函数生成了一个匿名Cat类对象;执行完此行代码,
	                        因为外部没有接此匿名对象的变量,此匿名又被析构了*/
	Cat cc = Cat();    /*在执行此代码时,利用无参构造函数生成了一个匿名Cat类对象;然后将此匿名变
	                        成了cc这个实例对象,此匿名对象没有被析构。*/
	cout<<"cc 对象好没有被析构"<<endl;    
}

int main()
{
	playStage();
	system("pause");
	return 0;
}

    输出:

Cat类 无参构造函数
Cat类 析构函数
Cat类 无参构造函数
cc 对象好没有被析构
Cat类 析构函数

    说明:1、在执行playStage( )函数中的Cat( )时,生成了一个匿名对象,执行完Cat( )代码后,此匿名对象就此

             消失。这就是匿名对象的生命周期。

             2、在执行playStage( )函数中Cat cc = Cat();时,首先生成了一个匿名对象,因为外部有cc对象在等待被

             实例化,然后将此匿名对象变为了cc对象,其生命周期就变成了cc对象的生命周期。

    总结:如果生成的匿名对象在外部有对象等待被其实例化,此匿名对象的生命周期就变成了外部对象的生命周期

              如果生成的匿名对象在外面没有对象等待被其实例化,此匿名对象将会生成之后,立马被析构

 最后希望能对大家有帮助,沙米才疏学浅,有什么错误请留言指正,谢谢大家。

 

 

 

 

 

 

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评论(24)

a
archer_bao

引用来自“葛世超ChicoGe”的评论

引用来自“archer_bao”的评论

我很好奇匿名对象那一块下面的代码是怎么编译过去的,语法上就有错误吧
void playStage() //一个舞台,展示对象的生命周期
{
Cat(); ///C++有这样的语法么???

匿名对象,可以过。
为啥我的编译不过去,是不是要指定一些编译的参数?
沙米笔记
沙米笔记

引用来自“Vengeance”的评论

进一步测试:
27 void playStage()
28 {
29 Cat();
30 Cat cc = Cat();
31 cout << "cc对象好没有被析构" << endl;
32 cout << "Returning from " << __PRETTY_FUNCTION__ << endl;
33 }
34
35 int main()
36 {
37 playStage();
38 cout << "Out of playStage(),in main()" << endl;
39 system("sleep 1");
40 return 0;
41 }

执行结果:
[root@fbsd2016 ~/codes/c++]# c++ -O2 AnonyObject.cpp -o AnonyObject
[root@fbsd2016 ~/codes/c++]# ./AnonyObject
Cat::Cat()
Cat::~Cat()
Cat::Cat()
cc对象好没有被析构
Returning from void playStage()
Cat::~Cat()
Out of playStage(),in main()

[root@fbsd2016 ~/codes/c++]# bash -x ./make_anonyobject.sh
+ c++ -O2 -fno-elide-constructors AnonyObject.cpp -o AnonyObject
[root@fbsd2016 ~/codes/c++]# ./AnonyObject
Cat::Cat()
Cat::~Cat()
Cat::Cat()
Cat::Cat(const Cat &)
Cat::~Cat()
cc对象好没有被析构
Returning from void playStage()
Cat::~Cat()
Out of playStage(),in main()

根据测试的结果,我认为应该是:匿名对象在所属的执行范围,也就是playStage()函数结束,才会析构。
您好,非常感谢你的问题。 g++编译命令,是默认进行了返回值优化RVO, -fno-elide-constructors 是禁止这个RVO优化; 通过你的实验,可以发现如果在返回值优化的编译下,只会调用一次构造函数(合适的),如果有未初始化对象等待其(生成的匿名对象)初始化,在优化机制下,C++编译器会匿名对象初始化给外面的对象。这样匿名对象就和外面的对象其实就是同一个对象了,生命周期就是外部对象的生命周期了; 如果没有优化机制的话,编译时候,会调用两次不同的构造函数,构造出两个匿名对象,将一个合适的匿名对象初始化给外部未初始化对象,剩下的匿名对象就被析构了。合适的匿名对象生命周期就是外部对象的生命周期了。
DavinciRes
DavinciRes
进一步测试:
27 void playStage()
28 {
29 Cat();
30 Cat cc = Cat();
31 cout << "cc对象好没有被析构" << endl;
32 cout << "Returning from " << __PRETTY_FUNCTION__ << endl;
33 }
34
35 int main()
36 {
37 playStage();
38 cout << "Out of playStage(),in main()" << endl;
39 system("sleep 1");
40 return 0;
41 }

执行结果:
[root@fbsd2016 ~/codes/c++]# c++ -O2 AnonyObject.cpp -o AnonyObject
[root@fbsd2016 ~/codes/c++]# ./AnonyObject
Cat::Cat()
Cat::~Cat()
Cat::Cat()
cc对象好没有被析构
Returning from void playStage()
Cat::~Cat()
Out of playStage(),in main()

[root@fbsd2016 ~/codes/c++]# bash -x ./make_anonyobject.sh
+ c++ -O2 -fno-elide-constructors AnonyObject.cpp -o AnonyObject
[root@fbsd2016 ~/codes/c++]# ./AnonyObject
Cat::Cat()
Cat::~Cat()
Cat::Cat()
Cat::Cat(const Cat &)
Cat::~Cat()
cc对象好没有被析构
Returning from void playStage()
Cat::~Cat()
Out of playStage(),in main()

根据测试的结果,我认为应该是:匿名对象在所属的执行范围,也就是playStage()函数结束,才会析构。
DavinciRes
DavinciRes
加上参数-fno-elide-constructors的编译与执行结果:

[root@fbsd2016 ~/codes/c++]# c++ -O2 -fno-elide-constructors AnonyObject.cpp -o AnonyObject
[root@fbsd2016 ~/codes/c++]# ./AnonyObject
Cat::Cat()
Cat::~Cat()
Cat::Cat()
Cat::Cat(const Cat &)
Cat::~Cat()
cc对象好没有被析构
Returning from void playStage()
Cat::~Cat()
DavinciRes
DavinciRes
编译和执行结果:
[root@fbsd2016 ~/codes/c++]# c++ -O2 AnonyObject.cpp -o AnonyObject
[root@fbsd2016 ~/codes/c++]# ./AnonyObject
Cat::Cat()
Cat::~Cat()
Cat::Cat()
cc对象好没有被析构
Returning from void playStage()
Cat::~Cat()
DavinciRes
DavinciRes
首先,如果拷贝构造函数的参数不是const Cat&,会导致Cat();无法通过编译。
楼主提到的一个结论有待商榷:如果生成的匿名对象在外面没有对象等待被其实例化,此匿名对象将会生成之后,立马被析构。

下面是我修改后的代码和编译执行结果:
1 #include <iostream>
2 #include <cstdlib>
3 #include <cstdio>
4
5 using namespace std;
6
7 class Cat
8 {
9 public:
10 Cat()
11 {
12 cout << __PRETTY_FUNCTION__ << endl;
13 }
14
15 Cat(const Cat& obj)
16 {
17 cout << __PRETTY_FUNCTION__ << endl;
18 }
19
20 ~Cat()
21 {
22    cout << __PRETTY_FUNCTION__ << endl;
23 }
24
25 };
26
27 void playStage()
28 {
29 Cat();
30 Cat cc = Cat();
31 cout << "cc对象好没有被析构" << endl;
32 cout << "Returning from " << __PRETTY_FUNCTION__ << endl;
33 }
34
35 int main()
36 {
37 playStage();
38 system("sleep 1");
39 return 0;
40 }
葛世超ChicoGe
葛世超ChicoGe

引用来自“archer_bao”的评论

我很好奇匿名对象那一块下面的代码是怎么编译过去的,语法上就有错误吧
void playStage() //一个舞台,展示对象的生命周期
{
Cat(); ///C++有这样的语法么???

匿名对象,可以过。
DavinciRes
DavinciRes
测试了一下,如果没有-fno-elide-constructors就是bitwise copy,这种情况只适合data member是基本类型。
DavinciRes
DavinciRes
Cat(Cat& obj)
{
cout<<"Cat类 拷贝构造函数"<<endl;
}

这里要改成
Cat(const Cat& obj)
{
cout<<"Cat类 拷贝构造函数"<<endl;
}

才能编译通过。
DavinciRes
DavinciRes
楼主你在都我们吗?
Cat();
这个就没法编译通过。
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